为何半导体芯片选择硅作为材料？

首先看看为什么半导体可以用来做芯片？

目前用来制作芯片的材料基本都是半导体，所谓半导体就是导电性能介于绝缘体和导体之间的材料，比如硅、锗、硫化银等等。

为什么半导体可以用来做芯片呢？主要因为半导体有两个特性特别适合干这个。

第一个特性，半导体具备可整流性。简单理解就是半导体的导电与所加电场方向有关，即它的导电是可以有方向性的。比如，给半导体两端加上正电压，它可能就导电；反之，将它两端所加的电压极性反过来，就不导电。

根据电场方向，可以导电也可以不导电，这就是半导体的“整流效应”。用这个原理可以做成“电子开关”，用来进行“0”和“1”的计数，这就是可以用电路玩二进制了。有了0和1代表的二进制就可以组成庞大的信息了，所谓道生一、一生二、二生三、三生万物。

半导体的另外一个特性，可掺杂性，让半导体可以做成三极晶体管。

纯净的半导体称为本征半导体，它的导电性能是很弱的，大概一亿个原子才派一个原子贡献一个导电电子。但，若是在半导体中添加一点杂质，大概百万个半导体原子中加入一个杂质原子就能极大程度改变半导体的导电性能。

通过这个杂质掺杂的手段，可以制作PN结。所谓PN结，就是将少量杂质磷或者锑元素掺杂到半导体中形成N型半导体，少量硼或者铟元素掺杂做成P型半导体；再将N型和P型半导体的掺杂区紧密接触，这个交界面就是PN结。

两个PN结可以做成PNP结，PNP结可以做成三极晶体管。三极晶体管可以实现信号的放大、可以用来制作运算放大器，各种能够做加减乘除微分积分等等的放大器凑在一起就能够实现各种运算。

这样，半导体既可以表达二进制，又可以做成能够计算的电路，用来做各种计算、存储芯片是不是很合适呀。

此外，半导体还具备光敏特性和热敏特性，能够用来制作各种传感器芯片。

转自—— 科技小知识001-为什么半导体可以用来做芯片？ - 知乎

为什么硅作为半导体芯片？

半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。像日常生活中的铜线，铝线是导体，而橡胶之类是绝缘体。从导电性来看：半导体是指一种导电性可控，范围从绝缘体到导体之间。

在半导体芯片的早期，硅并不是主角，锗才是。第一个晶体管是锗基晶体管，而且第一个集成电路芯片是锗芯片。Silicon,Germanium

不过锗，有些很不好解决的问题，诸如，半导体的界面缺陷很多，热稳定性不好，氧化物不够致密。而且，锗是一种稀有元素，在地壳中的含量仅为一百万分之七，锗矿分布还非常分散。正是由于锗非常稀少，分布不集中，导致锗的原材料成本居高不下；物以稀为贵，原料成本高，锗晶体管也便宜不到哪儿去，所以锗晶体管很难大规模生产。

所以，研究者，将研究的目光往上跳了一级，看中了硅元素。可以这样说锗所有的先天不足都是硅的先天优势。

硅是仅次于氧第二丰富的元素，但是你基本上无法在自然界找到硅单质，其最常见的化合物是二氧化硅和硅酸盐。而其中二氧化硅又是沙子的主要成分之一。此外，长石、花岗石、石英等化合物都是基于硅-氧化合物。
硅的热稳定性不错，有着致密、高介电常数的氧化物，可以轻易制备出界面缺陷极少的硅-氧化硅界面。
氧化硅不溶于水（氧化锗溶于水），也不溶于大多数的酸，这简直是和印刷电路板的腐蚀印刷技术一拍即合。结合的产物，就是延续至今的集成电路平面工艺。

阅后思考：如果你有条件，有热爱，有资金，有人才，也可以试试找一下替代硅的下一个材料。但是也需要时间来沉淀打磨，而国外有这个条件，有这个积累。道阻且长，不曾遗忘。随后看到一篇文章“为什么 IBM推出7nm工艺新型芯片要使用锗硅材料？”，其理论基础为锗的载流子迁移率要高于硅（Si）的，这件事情可以理解为理论上应用Ge能够制造时钟频率更高，即更快的集成电路。半导体很多情况是工艺上的问题。

参考资料

为什么用硅来制备半导体芯片？是什么奠定了硅的统治地位？

半导体芯片为什么一定要用硅为什么硅可以做半导体材料 - 情书号

为什么芯片的制作偏偏选用硅作为半导体材料-电子发烧友网

为什么 IBM推出7nm工艺新型芯片要使用锗硅材料？ - 知乎