007 为什么叫硅谷？
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观众羞羞的铁拳：“我有个问题！第一个晶体管不是用锗做的么？肖克利做的PN结晶体管也是用的锗，但为什么硅谷叫硅谷而不是锗谷呢？而且现在一听半导体都说硅啊硅的，有课代表来解释下不？”
江维看到了这个问题，群里一堆大佬，还能当不了课代表了不成。
于是抠字道：“大佬们，谁来说一下半导体后来为什么用硅而是不是锗了？”
巴丁：【这个问题，戈登·蒂尔最有发言权，在他的领导下德州仪器在1954年成功的制造了全球第一个商业化的硅晶体管。】
布拉顿：【对，戈登·蒂尔也是咱们贝尔实验室出身的同事。当初的第一个PN结锗晶体管，虽然肖克利提供了技术理论和验证，但实际上把东西做出来的是蒂尔！】
巴丁：【我拉他进群！蒂尔是一个非常棒的科学家！】
一分钟后……
戈登·蒂尔：【大家好，是想听我介绍一下硅么？这个事情我可不敢居功，其实单晶锗和单晶硅的制造我也是从前辈的研究中获得的灵感。
我把切克劳斯基拉进来吧，他才是晶体制造连续直拉法的奠基人。
这项于1917年由他建立起来的晶体生长方法，也被他的名字所命名，叫切克劳斯基法，简称CZ】
又过了一分钟……
切克老司机：【哦哟，人多得嘞！要听直拉法做晶体是吧。
其实这个呢，是来自于一个偶然的发现。
那是1916年，我刚写完实验记录，不小心手滑，本来想把钢笔放进墨水瓶里结果放进了熔融的锡里面去了。
你们知道的，科学家嘛有时候桌上就有那么一点乱......】
字幕君：【熔融：温度升高时，分子的热运动能增大，导致结晶破坏，物质由晶相变为液相的过程。用人话解释就是，本来是固体的东西加热后变液体了。】
切克老司机：【当时我迅速把笔拿出来，当然作为1885年出生的我，那时已经31岁了，手速有点跟不上。
等我把笔拿出来后，发现笔尖上有很细的固化金属线，经过检验，这金属线竟然是金属单晶构成的。
后来，18年我正式发表了这个发现，被称为直拉法。
不过当时并没有想用这个来做什么特殊材料，搞什么晶体管。这个方法主要用来测量金属的结晶速率。】
字幕君：【单晶体是原子排列规律相同，晶格位相一致的晶体。】
切客老司机：【摸摸后脑勺.gif，所以，其实这就是个偶然的发现。
至于怎么用他做单晶锗和单晶硅，还是蒂尔你来介绍吧。
我1953年就已经挂了，你在吭哧吭哧搞这个的时候我差不多已经在挂的边缘了。】
观众长鼻长在腰上：“所以，晶体是拔丝拔出来的……我们现在用的芯片，里面的硅，是拔出来的？”
观众大松饼：“这拔出来的丝，怎么就变芯片了呢？样子都不对啊……”
戈登·蒂尔：【前辈您谦虚了，要不是有您当年的研究借鉴，我也想不到制作单晶锗和单晶硅的方法。
那我就班门弄斧，简单给大家介绍一下。
不过，首先回答一个问题，半导体后来为什么要用硅而不是用锗。
首先，锗的稳定性不如硅。在受热之后会变成本征状态，使N型半导体和P型半导体都失去了他们的特性。
换句话说，温度一高，就掺杂了个寂寞。
基本上，锗在75℃以上就不能工作了。手机、计算机、汽车工作起来，CPU烫到能煎蛋，并不少见。这个时候锗就显然不行。
第二、锗材料在底壳含量很少，大概是不到百万分之二，而且分布很分散，不好开采。
成品锗，还不是半导体材料哦，价格就已经赶超白银了。
硅就不一样了，这玩意就是沙子。硅是地壳中含量最丰富的元素之一，占地壳元素含量的27.7%，占地球全部元素含量的15.1%。
材料获取很容易，若是不算工艺成本，材料几乎就是零成本。
第三、锗的氧化物非常不稳定，在400度以上还容易发生解析反应，导致器件制作难度大、稳定性差、容易出现大的栅漏电流。
第四、锗的禁带宽度只有0.66eV，相比于硅的1.12eV，这就导致锗器件比较容易被击穿，静态功耗就大了。
第五、现有水平制备出的锗衬底，达不到硅的纯度和低界面态密度。
基于上面的原因，硅理所当然的成为锗材料的替代品。】
江维想了想，戈登·蒂尔2003年已经去世了，补充道：
“半导体材料从60年代到2020年，发展分为三代。
60年代开始以硅为主导。
2000年左右以砷化镓和磷化铟为代表，出现了第二代半导体材料。
砷化镓技术发展最成熟，因其宽禁带、直接带隙和高电子迁移率的特点，适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件和通信器件器件等。
砷化镓主要应用领域为通信，比如光纤通讯、卫星通讯、微波通讯等等。
但这两种化合材料的原料稀缺，需通过合成形成，价格相对较高。
而且对环境危害性较大，使其难以被更广泛应用，逐渐被第三代半导体材料取代。
2020年左右，氮化镓和碳化硅成为成熟的第三代半导体材料，又称宽禁带半导体材料（禁带宽度大于2.2ev）。
除此之外还有氧化锌、金刚石、氮化铝这些半导体材料的研究还处于起步阶段。
氮化镓、碳化硅能够大幅提升电子器件的高压、高频、高功率的工作特性，在军事、新能源、电动汽车等领域具有非常大的应用前景。
目前新的特斯拉已经采用了碳化硅材料的器件，2020年小米也推出了氮化镓快速充电器。
在通信方面，未来当5G标准频率超过40GHz时，第二代材料砷化镓将无法负荷，必须采用第三代的氮化镓。
但单晶的氮化镓价格很高，2英寸要2万多块，是同面积硅材料的数十倍。
所以，在实际的商业方案中通常采用硅作为“底衬”，在外延上生长氮化镓来大幅度降低成本。
虽然这种方式在性能上与单晶氮化镓有差距，但基本能满足主流市场的需求。除非是军工、航天、安防这种要求特殊的领域。
但总的来说硅还是半导体的主流材料，目前90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。
未来十年，会朝硅和硅底衬化合物的方向，硅仍然是核心材料。”
观众羞羞的铁拳：“我有个问题！第一个晶体管不是用锗做的么？肖克利做的PN结晶体管也是用的锗，但为什么硅谷叫硅谷而不是锗谷呢？而且现在一听半导体都说硅啊硅的，有课代表来解释下不？”
江维看到了这个问题，群里一堆大佬，还能当不了课代表了不成。
于是抠字道：“大佬们，谁来说一下半导体后来为什么用硅而是不是锗了？”
巴丁：【这个问题，戈登·蒂尔最有发言权，在他的领导下德州仪器在1954年成功的制造了全球第一个商业化的硅晶体管。】
布拉顿：【对，戈登·蒂尔也是咱们贝尔实验室出身的同事。当初的第一个PN结锗晶体管，虽然肖克利提供了技术理论和验证，但实际上把东西做出来的是蒂尔！】
巴丁：【我拉他进群！蒂尔是一个非常棒的科学家！】
一分钟后……
戈登·蒂尔：【大家好，是想听我介绍一下硅么？这个事情我可不敢居功，其实单晶锗和单晶硅的制造我也是从前辈的研究中获得的灵感。
我把切克劳斯基拉进来吧，他才是晶体制造连续直拉法的奠基人。
这项于1917年由他建立起来的晶体生长方法，也被他的名字所命名，叫切克劳斯基法，简称CZ】
又过了一分钟……
切克老司机：【哦哟，人多得嘞！要听直拉法做晶体是吧。
其实这个呢，是来自于一个偶然的发现。
那是1916年，我刚写完实验记录，不小心手滑，本来想把钢笔放进墨水瓶里结果放进了熔融的锡里面去了。
你们知道的，科学家嘛有时候桌上就有那么一点乱......】
字幕君：【熔融：温度升高时，分子的热运动能增大，导致结晶破坏，物质由晶相变为液相的过程。用人话解释就是，本来是固体的东西加热后变液体了。】
切克老司机：【当时我迅速把笔拿出来，当然作为1885年出生的我，那时已经31岁了，手速有点跟不上。
等我把笔拿出来后，发现笔尖上有很细的固化金属线，经过检验，这金属线竟然是金属单晶构成的。
后来，18年我正式发表了这个发现，被称为直拉法。
不过当时并没有想用这个来做什么特殊材料，搞什么晶体管。这个方法主要用来测量金属的结晶速率。】
字幕君：【单晶体是原子排列规律相同，晶格位相一致的晶体。】
切客老司机：【摸摸后脑勺.gif，所以，其实这就是个偶然的发现。
至于怎么用他做单晶锗和单晶硅，还是蒂尔你来介绍吧。
我1953年就已经挂了，你在吭哧吭哧搞这个的时候我差不多已经在挂的边缘了。】
观众长鼻长在腰上：“所以，晶体是拔丝拔出来的……我们现在用的芯片，里面的硅，是拔出来的？”
观众大松饼：“这拔出来的丝，怎么就变芯片了呢？样子都不对啊……”
戈登·蒂尔：【前辈您谦虚了，要不是有您当年的研究借鉴，我也想不到制作单晶锗和单晶硅的方法。
那我就班门弄斧，简单给大家介绍一下。
不过，首先回答一个问题，半导体后来为什么要用硅而不是用锗。
首先，锗的稳定性不如硅。在受热之后会变成本征状态，使N型半导体和P型半导体都失去了他们的特性。
换句话说，温度一高，就掺杂了个寂寞。
基本上，锗在75℃以上就不能工作了。手机、计算机、汽车工作起来，CPU烫到能煎蛋，并不少见。这个时候锗就显然不行。
第二、锗材料在底壳含量很少，大概是不到百万分之二，而且分布很分散，不好开采。
成品锗，还不是半导体材料哦，价格就已经赶超白银了。
硅就不一样了，这玩意就是沙子。硅是地壳中含量最丰富的元素之一，占地壳元素含量的27.7%，占地球全部元素含量的15.1%。
材料获取很容易，若是不算工艺成本，材料几乎就是零成本。
第三、锗的氧化物非常不稳定，在400度以上还容易发生解析反应，导致器件制作难度大、稳定性差、容易出现大的栅漏电流。
第四、锗的禁带宽度只有0.66eV，相比于硅的1.12eV，这就导致锗器件比较容易被击穿，静态功耗就大了。
第五、现有水平制备出的锗衬底，达不到硅的纯度和低界面态密度。
基于上面的原因，硅理所当然的成为锗材料的替代品。】
江维想了想，戈登·蒂尔2003年已经去世了，补充道：
“半导体材料从60年代到2020年，发展分为三代。
60年代开始以硅为主导。
2000年左右以砷化镓和磷化铟为代表，出现了第二代半导体材料。
砷化镓技术发展最成熟，因其宽禁带、直接带隙和高电子迁移率的特点，适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件和通信器件器件等。
砷化镓主要应用领域为通信，比如光纤通讯、卫星通讯、微波通讯等等。
但这两种化合材料的原料稀缺，需通过合成形成，价格相对较高。
而且对环境危害性较大，使其难以被更广泛应用，逐渐被第三代半导体材料取代。
2020年左右，氮化镓和碳化硅成为成熟的第三代半导体材料，又称宽禁带半导体材料（禁带宽度大于2.2ev）。
除此之外还有氧化锌、金刚石、氮化铝这些半导体材料的研究还处于起步阶段。
氮化镓、碳化硅能够大幅提升电子器件的高压、高频、高功率的工作特性，在军事、新能源、电动汽车等领域具有非常大的应用前景。
目前新的特斯拉已经采用了碳化硅材料的器件，2020年小米也推出了氮化镓快速充电器。
在通信方面，未来当5G标准频率超过40GHz时，第二代材料砷化镓将无法负荷，必须采用第三代的氮化镓。
但单晶的氮化镓价格很高，2英寸要2万多块，是同面积硅材料的数十倍。
所以，在实际的商业方案中通常采用硅作为“底衬”，在外延上生长氮化镓来大幅度降低成本。
虽然这种方式在性能上与单晶氮化镓有差距，但基本能满足主流市场的需求。除非是军工、航天、安防这种要求特殊的领域。
但总的来说硅还是半导体的主流材料，目前90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。
未来十年，会朝硅和硅底衬化合物的方向，硅仍然是核心材料。”