葱花拌饭
早期晶体管主要采用锗作为核心半导体材料，后逐步过渡至硅基技术。材料特性与工艺限制是当时面临的主要挑战。
| 材料类型 | 应用时期 | 核心特性 |
|---|---|---|
| 锗 | 1947-1960s | 低熔点（937℃） |
| 硅 | 1960s至今 | 高熔点（1414℃） |
材料选择依据
锗作为首个商用半导体材料，其电子迁移率（3900cm2/(V·s)）显著优于早期硅材料（1500cm2/(V·s)），但存在三大技术瓶颈：
- 热稳定性缺陷：工作温度超过75℃时性能急剧下降
- 提纯难度：需要实现99.9999%以上纯度
- 氧化控制：表面易形成不稳定氧化层
制造工艺难点
▌晶体生长：单晶锗生长需精确控制温度梯度（±0.5℃）
▌掺杂精度：杂质浓度需控制在101?~101?atoms/cm3范围
▌封装技术：防潮气渗透要求封装气密性＜1×10??atm·cc/sec
材料迭代对比
硅取代锗的关键突破：
- 热导率提升40%
- 禁带宽度扩大至1.12eV（锗0.67eV）
- 天然氧化层（SiO?）形成绝缘保护
| 材料参数 | 锗 | 硅 |
|---|---|---|
| 本征电阻率 | 47Ω·cm | 230kΩ·cm |
| 热膨胀系数 | 6.1×10?? | 2.6×10?? |
| 载流子寿命 | 10?3秒 | 10?2秒 |
可靠性问题
早期锗器件失效率高达3000FIT（每十亿小时失效次数），主要源于：
①热载流子效应引起的参数漂移
②金属半导体接触界面退化
③表面态电荷积累导致的漏电流