为何 CPU 只用硅，而不用能耗更低的锗制作？
下面我将详细解释这些原因：
1. 成本与可用性 (Cost and Availability)
硅的极度丰富性： 硅是地壳中第二丰富的元素，仅次于氧。石英（二氧化硅，SiO₂）几乎随处可见。这意味着原材料的获取成本极低，而且供应充足，能够满足全球电子产业巨大的需求。
锗的稀有性与获取难度： 锗在地壳中的含量远低于硅，它通常作为其他金属（如锌、铜）的副产品被提取。 germanium 的提纯过程也比硅更复杂、成本更高。因此，锗的原材料成本要高于硅。
2. 绝缘性能与氧化层特性 (Insulating Properties and Oxide Layer Characteristics)
这是硅能够统治半导体行业的最关键原因之一。
二氧化硅 (SiO₂) 的优异绝缘性： 当硅被氧化时，会形成一层非常稳定、均匀且绝缘性极好的二氧化硅（SiO₂）薄膜。这层二氧化硅是 MOSFET (MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor) 结构中的栅极绝缘层，起着至关重要的作用。
高击穿电压： 二氧化硅能够承受较高的电压而不被击穿，这使得我们可以使用更高的栅极电压来控制晶体管的开关，从而实现更高的性能和更宽的工作范围。
低漏电流： 良好的绝缘性意味着栅极漏电流非常小，这对于低功耗设计至关重要。
化学稳定性： SiO₂ 在各种化学环境下都非常稳定，在后续的制造工艺（如刻蚀、清洗）中不易被破坏。
锗的氧化物特性： 锗氧化时也会形成氧化锗（GeO₂），但其特性与 SiO₂ 有显著差异：
水溶性： GeO₂ 具有一定的水溶性，这意味着在一些制造过程中，它可能会被水洗掉，导致栅极绝缘层失效或不稳定。
高介电常数： 虽然高介电常数（highk）材料是现代晶体管提高性能的一种方式，但锗的氧化物在这方面并不像专门设计的高k 材料那样可控和易于集成。
界面态密度： 锗与氧化物之间的界面（SiSiO₂ vs GeGeO₂）会存在缺陷，称为界面态。SiSiO₂ 界面态密度较低，有利于提高晶体管的开关速度和稳定性。锗与氧化物之间的界面态密度通常较高，这会降低器件性能并增加功耗。
3. 制造工艺成熟度 (Manufacturing Process Maturity)
超大规模集成 (VLSI) 的基石： 硅基半导体工艺经过数十年的发展，已经达到了令人难以置信的成熟度和精确度。从晶圆制造、光刻、刻蚀、掺杂到金属互连，每一个环节都有高度优化的设备和流程。
光刻的极限： 现代 CPU 制造依赖于极紫外光刻（EUV）等先进技术，以在硅晶圆上实现纳米级的图案。硅基材料与这些光刻工艺非常匹配，能够实现高分辨率和高良率的制造。锗基材料在与这些先进光刻技术结合时可能面临更大的挑战。
热处理稳定性： 在 CPU 的制造过程中，需要进行多次高温热处理以激活掺杂剂、修复损伤等。硅具有很高的热稳定性，能够承受这些高温而不发生明显的晶格结构变化或与其他材料发生不利反应。锗的熔点较低（约 938°C），而硅的熔点很高（约 1414°C），这意味着在高温工艺中，锗可能会成为限制因素。
4. 器件性能与功耗的权衡 (Device Performance vs. Power Consumption Tradeoffs)
尽管锗具有更高的电子迁移率，这意味着电子在锗中移动得更快，从而可能带来更高的速度，但它在功耗方面存在劣势：
带隙（Band Gap）的差异： 硅的带隙（约 1.1 eV）比锗（约 0.67 eV）大。
漏电流（Leakage Current）： 较小的带隙意味着在低于特定电压时，电子更容易越过能带势垒，导致本征载流子浓度更高，进而产生更大的漏电流。这种漏电流是造成器件功耗的重要原因，尤其是在待机状态或低功耗模式下。
击穿电压（Breakdown Voltage）： 较大的带隙也意味着硅的击穿电压更高，使其能承受更大的电压差，这有助于在一定程度上提高器件的可靠性和工作范围。
栅极漏电流（Gate Leakage）： 如前所述，SiSiO₂ 界面是关键。锗的氧化物无法提供与 SiO₂ 相同的优异绝缘性能，即使使用高介电常数栅极材料来补偿，在沟道和栅极之间也可能存在不可接受的漏电流，导致待机功耗显著增加。
晶体管的开关特性： 理想的晶体管应该在阈值电压（Vt）附近实现快速的开关转换，即具有陡峭的亚阈值摆幅（subthreshold swing）。硅的带隙特性和 SiSiO₂ 界面的优化使得它能够实现非常好的亚阈值摆幅，从而在电压变化不大时就能快速切换，降低动态功耗。锗的特性在这种优化上可能不如硅。
5. 集成度与多功能性 (Integration and Multifunctionality)
现代 CPU 不仅仅是独立的逻辑门，它们还集成了更多的功能：
异质集成（Heterogeneous Integration）： 在同一块芯片上集成多种不同功能的器件（如模拟电路、RF 模块、传感器等）是未来的趋势。硅本身是制造这些器件的良好平台。
BiCMOS 技术： 硅可以与双极晶体管（BJT）结合，形成 BiCMOS 技术，提供高性能的双极晶体管特性和低功耗的 MOSFET 特性，从而在混合信号电路和 RF 电路中发挥优势。锗在这方面的集成难度和效益不如硅。
6. 导热性 (Thermal Conductivity)
硅的导热性相对较好： 虽然不如某些化合物半导体（如 GaN, SiC），但硅的导热性在半导体材料中属于中等偏上水平。CPU 运行会产生大量热量，良好的导热性有助于将热量快速散发到散热器，维持芯片的稳定工作。锗的导热性比硅略差一些（约 60 W/(m·K) vs 149 W/(m·K) for pure silicon）。
锗在特定领域的应用与未来潜力
尽管硅占据主导地位，但锗并非一无是处。锗在高迁移率方面的优势使其在某些特定领域仍有重要应用：
锗硅（SiGe）合金： 将锗掺入硅中形成硅锗合金，可以在保持硅基工艺兼容性的同时，显著提高载流子迁移率。SiGe 材料被广泛应用于高性能双极晶体管（HBTs）和射频（RF）应用，例如通信芯片和雷达系统。
锗光电子学： 锗是直接带隙半导体（Ge）的近亲，可以用于制造光探测器和波导，与硅光子技术结合，实现光信号的生成、传输和接收。
高迁移率晶体管（HMT）： 为了突破硅的性能极限，研究人员一直在探索包含锗或 IIIV 族半导体（如 InGaAs）的高迁移率晶体管，这些技术可能在未来的高性能计算或特定应用中扮演角色。
总结
总而言之，CPU 选择硅而非锗是一个综合考虑了成本、原料可用性、绝缘性能（尤其是氧化层特性）、制造工艺成熟度、低功耗需求、集成度以及可靠性等多种因素的结果。硅在这些方面提供了最佳的平衡点，使其成为构建现代复杂集成电路的理想选择。锗虽然在电子迁移率方面有优势，但其固有的缺点（如漏电流大、氧化物不稳定性、成本高）使其难以在大规模通用计算芯片中取代硅的地位。然而，锗及其合金在特定领域的应用依然非常重要且具有发展潜力。
网友意见
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)
主要还是成本及可靠性原因。
制造一块芯片，必须要考虑到其商业价值，而衡量芯片商业价值的最重要指标就是PPAC，Performance(性能）, Power（功耗）, Area（面积）, Cost（成本），也就是同等性能的情况下，功耗最小，面积最小，成本也最低，这是大家所梦寐以求的。而目前商业制造工艺——双极性（Bipolar）工艺，CMOS工艺，Bi-CMOS工艺里，能满足最佳PPAC要求的制程只有CMOS工艺。
CMOS工艺的技术核心就是MOS管的使用，MOS=Metal- Oxide -Semiconductor, 从名称就可以看出Oxide氧化层是这个工艺最特别的一处，的确它正是整个CMOS工艺的核心。 它构成了MOS管形成的关键层——栅氧化层，栅级加电压后，利用MOS电容效应， 源端和漏端直接的衬底反型形成沟道导通，关掉电压后，沟道关断。 MOS沟道形成的关键正是栅氧化层， 栅氧化层厚度决定了沟道的开启电压（阈值电压,Vt），越薄其阈值电压就越小，栅氧化层厚度的变化，从厚到薄，依次形成了常见的MOS管： 超高压管，高压管，常压管，低压管(lvt)，超低压管（slvt）。。。
阈值电压是管子动态功耗关键指标（P=IU），也就是说阈值电压越低，功耗也就越低，所以目前应用于CPU这类逻辑电路为主的芯片，其主体都是低压或超低压管。
如果要栅氧化层极薄，也就可能几个原子厚度，那么一般有如下要求：均匀，致密，稳定，纯净无杂质（杂质会影响Vt），而硅的氧化物，SiO2恰恰可以满足这些条件，其在极薄的状态下，都可以达到很稳定的状态，是质量极高的氧化层，而锗的氧化物相比之下就不适合做栅氧化层了。
最重要的是，制备二氧化硅根本无需太多额外的工艺步骤，直接将硅片推去氧化即可，要做的仅仅是控制其氧化温度/时间等，成本几乎可以忽略不计（很多高校自己的工艺线都能做出质量极高的薄栅氧化层。）。而使用其他材料的基底，还得增加工艺步骤涂抹其他氧化物上去，这成本增加了不说，而且也增加了无谓的可靠性风险,远邻比不了近亲啊。
如果当初以锗基为主攻方向，花同等资金投入的情况下，要做到当前硅基7nm的水平，可能性极低。
硅的资源储备可谓用之不竭，又不用费太大劲就能得到有完美的栅氧化层，行业里将硅称为天赐之物，并非夸张之词。
锗在半导体行业中还是很重要的，最重要的运用是锗硅衬底的SiGe BiCMOS工艺，一些高性能的射频专用集成电路会采用，但成本较同制程硅基BICMOS要高；另一个就是表面掺杂锗提升沟道载流子迁移率。
先问是不是，再问为什么
一一锗半导体器件用作二极管、晶体三极管及复合晶体管、锗半导体光电器件作光电、霍耳及压阻效应的传感器，作光电导效应的放射线检测器等，广泛用于彩电、电脑、电话及高频设备中，锗管特别适用于高频大功率器件中，且在强辐射与－40℃下运转正常；Ge－Si与Ge－Te作温差发电用于宇航、卫星与空间站的启动电源等。锗的三接面太阳能电池用锗作为衬底制作的GaAs/Ge太阳能电池，其性能与GaAs/GaAs电池接近，机械强度要更高，单片电池面积更大。在空间应用环境下,抗辐射阈值比硅电池高，性能衰退小，其应用成本接近于同样功率的硅电池板，已应用于各型军用卫星和部分商业卫星中，逐步成为主要的空间电源。未来，随着工艺尺寸的不断缩小，Si材料将达到其物理极限(电子和空穴迁移率过低是硬伤)，Ge或者Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体或许是作为沟道材料的一个很好选择。
首先向肖克利和萨支唐先生致敬！
萨支唐先生跟随肖克利在Fairy Child做半导体器件，提出了MOSFET模型并带领64人的团队进行研发，他们的成果对于半导体的研究具有里程碑的意义，并且极大地推动了科技的进步。
CUP里面的不是二极管三极管，是绝缘栅场效应晶体管（IGFET）。当采用SiO2做绝缘层的时候，这种IGFET又叫MOSFET（金属－氧化物－半导体）。现在的IGFET栅极已经不采用金属，大规模集成电路中通常采用多晶硅或者金属硅化物，绝缘层也不一定是SiO2,但仍然习惯性称为MOSFET。
对于PN结正向导通压降影响最大的是禁带宽度Eg,锗PN导通电压约0.25V，硅PN结约0.7V。但这并不影响MOSFET使用硅，因为MOSFET与BJT结构完全不同。
BJT是流控器件，MOSFET是沟道导电的压控器件，交流小信号模型下，MOSFET主要矛盾是工作频率与延迟时间的矛盾。从器件制造角度，应该缩短沟道长度、提高载流子迁移率，来提高截止频率。缩短沟道长度会引起阈电压短沟道效应、迁移率调制效应、漏极诱生势垒降低、表面DIBL效应、体内DIBL效应、强电场效应、热电子效应等，这些效应都会使器件性能降低。最近几十年MOSFET的发展方向就是在维持性能的情况下缩短沟道长度，其中恒场等比缩小原则使得MOSFET性能极大提升:面积小、速度快、功耗低。这使得MOSFET特别适宜于大规模集成电路。从器件的使用上，可以通过提高栅源电压来提高截止工作频率，这会受到击穿电压的限制。
锗天生的禁带宽度和电子迁移率的优势，在工艺不断提高的情况下，不那么突出了
第一，对于现阶段的集成电路，尤其是数字电路来说，很少有用二极管的，基本都是CCMOS结构（见拉贝艾数字集成电路，这是基础，先不考虑dynamic circuit 和 ratio logic）。
对于CMOS电路，主要功耗是动态功耗，静态下功耗很小。除非到了某种特定情况下，漏电较大，静态功耗才不可忽略。对于动态功耗，大致与VDD成二次方关系，电压下降可以大幅度降低功耗，但是同样也会有问题。
第一，电压下降会造成对负载电容充放电电流的下降，拖慢组合逻辑运算速度以及造成波形的变形。尤其是对于时钟频率较高、Tsetup margin较小的系统来说，可能造成时序逻辑混乱。
第二，电压下降太多有可能导致组合逻辑本身发生逻辑混乱。
第三，对于阈值电压太低的器件，其构成的CMOS结构很有可能噪声容限过小，发生逻辑混乱或者系统尖峰毛刺过多，就算不会到尖峰毛刺这么严重，至少也会造成静态功耗上升。
第四。对于锗材料来说，其氧化层结构并不好。做工艺的人经常说，Si-SiO2界面是上帝的界面，十分完美，但尽管这样，其表面声子散射依旧使得载流子迁移率下降了一半左右，载流子速度也就下降了一半。至于锗材料，其界面态更不理想，速度也没有理想的那么快，所以很少有人用锗材料来做MOS结构。
第五，锗氧化物薄膜本身很难做到像二氧化硅那么完美，所以它的时变击穿特性并不太好，即便不考虑时变击穿，它内部的电荷量会随着时间变化而变化，一方面，这会导致阈值电压漂移，另一方面，一旦采用场氧结构，锗氧化物会导致侧向的漏电流大大增加。这仅仅是普通环境，如果上了辐照环境，简直难以想象。
最后，锗材料的特性很适合做BJT电路，但是现在还用BJT，功率太大了，除了一部分有特殊要求的情况，数字集成电路用的着实不多了（仅限数字集成电路）。
硅最最重要的优点是：易在高温、含氧气氛下形成均匀、致密、高质量的氧化层。
对于CMOS工艺来说，氧化层的质量、制备的便利性和成本是非常大的考量。硅的这一点使其超越了包括锗在内的一系列半导体材料。
其他答主的回答都非常精彩，但从历史的角度上来说，其实其他原因相对来说都是次要的。
锗贵，发热大漏电大都是原因，但是这些还不是最根本的。
关键是硅的工艺太方便了。
硅做提纯，HF轻松一步搞到99.9以上。
硅做晶圆，单晶柱随便拉。
硅做绝缘层，有“上帝创造的”完美的硅/氧化硅界面。（这个是最重要的，所以换hkmg之后各种替代硅的材料才开始兴起）
硅做掺杂，金刚石结构退火一下晶格损伤自己修复。
硅做氧化，湿氧干氧cvd各种工艺任你挑选。
硅做刻蚀，有氧化硅掩膜，不行还有氮化硅，湿法干法都有变态的选择比。
硅做微结构，还有各向异性刻蚀这种大杀器。
硅的工艺选择实在是太方便太丰富太便宜了，所以纵使硅的性能在深亚微米已经开始力不从心，工艺界还是舍不得抛弃硅，而是继续折腾各种新技术给硅续命...
另外阈值电压低不代表运行电压低。
因为电路依然是要电流驱动负载（一般是寄生电容）的。如果电源电压太低会使驱动电流太小，负载充放电速度会很慢，频率就上不去。
基础的数字电路动态功耗是cfv^2，只取决于电源电压、频率和负载电容。阈值影响的是v和f之间的限制关系，但这最终依然是一个频率和功耗的trade off，所以降低阈值并不一定能显著降低动态功耗。但是阈值太低一定会导致关断漏电高，显著增加静态功耗。。。
现在用锗的一般是看中锗的高迁移率来提高频率，或是用锗硅制备异质节，而不是因为阈值电压。
要说阈值电压的话。。。硅器件还有负阈值的耗尽型CMOS呢。。。调阈值不就一个掺杂的事情嘛。。。
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