为何 CPU 只用硅，而不用能耗更低的锗制作？ 第1页

看到这个问题，半夜爬起来答！哥现在每天都在玩锗啊！

钱币收藏只是我的爱好，锗才是我每天的工作……

先简单介绍一下，我们组里主要研究方向是在硅或锗基底上生长GeSn, GeSiSn和Ge. 我自己的研究主要集中在后两者上面。

目前最高票答案已经说得很清楚了，硅用来做CPU，是因为它的优点太多，而缺点都是可克服的。锗虽然也有优点（比如开启电压、载流子迁移率），但它的几个缺点是很难克服的。

首先是价格。硅直接拿沙子就能制，虽然工艺复杂吧但是原料成本接近0.锗在地壳中分布非常分散，成品锗（还不是半导体级别）的价格就已经超越了白银，印象中将近2000美元一公斤。

其次很大一个问题就是锗的氧化物不稳定，不好用。二氧化硅是致密的绝缘体，力学电学化学性质都很稳定，不溶于水；氧化锗没那么致密，还是溶于水的。这一条基本就宣告了CPU无望。

还有锗器件在稍高的温度下表现不良的问题，以及锗本身比硅重，又比硅软，更容易碎；等等。而且现在整个半导体行业都以硅为基础，没人会开发锗的CPU。

目前锗的前途很大程度上在光电学方面，太阳能电池，光传感器，红外LED，锗激光器（这个已经被MIT做出来了，但不是大家想象中的激光笔那样子），等等。因为硅做激光完全不可能，锗又能比较容易地在硅上生长出来，因此大家的理想是将用锗做成的光学器件与硅做成的电子器件整合在一张硅片上。那就牛逼了。

我们组是目前世界上唯一一个用Ge3H8和Ge4H10生长锗的研究组。目前我们在硅上面长锗已经能长得很好了，长出来的锗膜可以用来做衬底生长其他的半导体材料。我手头正在进行的一个课题是锗的in-situ doping, 已经出了两篇文章，还在继续努力中。。。【2019年春更新：“两篇文章”是2015年初时的情况。这几年来在锗的in-situ doping（原位掺杂）方面我又发了不少文章，刚才数了一下大概七八篇吧，在下面的参考文献里添加了几篇。】

再说一句，近三五年来锗基半导体方面进展很大，但是不少同行还没完全了解这些进展。如果看以前的书本上讲的一些关于生长锗的局限，现在很多都已经被攻克了。以前人们说在硅上没办法直接长锗，还有得用高温，或者需要几个GeSi的buffer，十年前确实是这样。但现在我在三百多度的温度下直接在硅片上生长锗，出来的膜质量很不错。

嗯，先说这么多。

-------------以上是原答案------------------

大家这么捧场真是受宠若惊……个人在知乎最多赞原来还是来自于自己的研究这一块啊。在最后加几个参考文献吧。

1, Chi Xu, R. T. Beeler, L. Jiang, G. Grzybowski, A. V. G. Chizmeshya, J. Menendez and J. Kouvetakis, "New strategies for Ge-on-Si materials and devices using non-conventional hydride Chemistries: the tetragermane case ", Semiconductor Science and Technology, 28 105001 (2013)

2, Chi Xu, CL Senaratne, J Kouvetakis and J Menéndez, "Frustrated incomplete donor ionization in ultra-low resistivity germanium films", Applied Physics Letters 105 (23), 232103

3, G Grzybowski, L Jiang, R T Beeler, T Watkins, A V G Chizmeshya, C Xu, J Menéndez and J Kouvetakis, "Ultra low-temperature epitaxy of Ge-based semiconductor and optoelectronic structures on Si(100): Introducing higher order germanes (Ge3H8, Ge4H10) ", Chemistry of Materials, 24(9), 1619-1628 (2012).

4, C Xu, CL Senaratne, P Sims, J Kouvetakis, J Menéndez, Ultralow Resistivity Ge: Sb heterostructures on Si Using Hydride Epitaxy of Deuterated Stibine and Trigermane, ACS Applied Materials & Interfaces 8 (36), 23810-23819 (2016)

5, C Xu, CL Senaratne, J Kouvetakis, J Menéndez, Experimental doping dependence of the lattice parameter in-type Ge: Identifying the correct theoretical framework by comparison with Si, Physical Review B 93 (4), 041201 (2016)

6，C Xu, PM Wallace, DA Ringwala, J Menéndez, J Kouvetakis， Fabrication of Ge: Ga Hyperdoped Materials and Devices Using CMOS-Compatible Ga and Ge Hydride Chemistries， ACS applied materials & interfaces 10 (43), 37198-37206，(2018)