绝缘体

CPU为什么不用性能更强的锗而用硅呢原因

发布时间:2022/12/10 3:01:28   
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CPU生产至今经历了无数代,随着科技的进步我们电脑的速度也在不断地提升。但由于所谓技术瓶颈现象的出现,目前的硅基芯片性能提升相对来说十分缓慢。于是,在许多科幻题材的文学作品中开始出现了许多脑洞大开的量子CPU、光子CPU甚至是仿生CPU等等。我们暂且撇开不着边际的幻想不谈,对于目前的硅基芯片来说确实存在着许多的弊端。于是问题就来了,为什么时至今日不用一些其它材质来代替硅基芯片呢?比方说——锗!

在聊到这个话题之前,笔者觉得有必要我们先来说说锗在目前电子领域中的应用好啦。首先锗的开启电压非常小仅仅需要0.1V即可,而硅的开启电压却需要0.5V。这也是为什么硅基芯片功耗非常高的最直接原因!目前,锗元素被大量应用在光电领域,例如:太阳能电池、光电传感器、红外线、锗激光等。那么,既然锗有这么多的优点为什么在CPU和电子芯片方面工业领域仍然选择硅而非锗呢?其实,原因是多方面的考虑,今天笔者就来为大家一一列举。

1、储量

硅在地球上的储量十分惊人且非常充足(仅次于氧),举一个小例子:我们随手在地上抓一把沙子,里面的主要成分就是“硅”。而“锗”的储量当然比不上氧和硅,但这仍然不是重点。关键在于“锗”的分布特别的分散。几乎没有比较集中的锗矿,这就为开采锗增加了巨大的难度!

2、价格

正如方才笔者所说,硅的储量不仅充足开采也十分方面,而“锗”却因为分散而增加了难度且需要耗费更多的产能。保守估计硅与锗的开采成本比例为1:,这也就是为什么“锗”被称之为“稀散金属”的原因啦。当然,工业领域之所以选择硅的原因还不仅仅在于价格。

3、稳定性

“硅”的稳定性相对来说比“锗”更高,尤其是它们的氧化物更是如此。二氧化硅是致密的绝缘体,且不溶于水。但氧化锗就比较蓬松啦,且溶于水。除此之外,“锗”在高温下极不稳定,比硅重且易碎...等等...这也就决定了“锗”不可能被应用在使用环境复杂的芯片领域!其实,并不是硅没有缺点,只不过在应用领域“硅”的这些缺点全部都可以克服。不幸的是,“锗”却不可以!

总结:虽然“锗”在性能方面比“硅”更强,但缺点实在太多,这就是工业界不看好“锗”作为芯片材质的根本原因。但幸运的是,现在很多科研机构正在研制在硅上生长锗,从而结合两者的优点。笔者也希望我们未来的电脑会速度会更快!更好!加油!



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