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。。。
1947年,贝尔实验室研制出了世界上第一只点接触三极管,采用就是Ge材料,这奠定了微电子工业的基础。直到 20 世纪 50 年代末、 60 年代初以前的十几年间,锗都是双极型晶体管的主要支撑材料。但是Ge材料存在以下几个问题
1.锗的地壳含量很少,据估计地壳中锗的含量是 1.8 ppm(百万分之一),而硅的含量是 277100 ppm,这导致了过高的制造成本;
2.硅工艺中的SiO2/Si体系非常稳定并且界面态密度低、缺陷和陷阱少。而Ge的氧化物非常不稳定,在400度以上还容易发生解析反应,所以器件制作难度大、器件稳定性差和大的栅漏电流,所以单一的GeOx/Ge结构难成为锗基 MOSFET 器件的理想栅介质和隔离层; 3.Ge的禁带宽度只有0.66eV,相比于Si的1.12eV,这就导致Ge器件比较容易被击穿,静态功耗就大了;
在遥远的上古时代(1950~),那时候集成电路还没有发明,晶体管的分立器件就已经慢慢由锗变成了硅。这是为什么呢?世界上第一个和第一个商用的双极结型晶体管都是用锗做的。摩托罗拉公司当时还是一家车载收音机的制造商。摩托罗拉是当时第一家使用晶体管来制造收音机的厂商。但是好景不长,摩托罗拉收到了大量用户投诉,说他们发现摩托罗拉的车载收音机在午后的阳光下曝晒一个下午后,就不再工作了。
摩托罗拉被搞得焦头烂额,这从市场层面给了摩托罗拉公司很强的动力用硅替换锗来制造晶体管。为啥会这样呢?因为锗在受热之后会变成本征态,这使得n型半导体和p型半导体都失去了他们特有的性质,那结果呢就是双极结型晶体管不能再工作了。而硅可以经受更高温度的考验。