| 性能指标 | 锗片特性 | 硅片特性 | 关键差异总结 |
|---|---|---|---|
| 禁带宽度 | 0.66 eV（窄带隙，易激发载流子）12 | 1.12 eV（宽带隙，高温稳定性强）12 | 硅的高温漏电流更低，适合大功率场景；锗更适用于高频低噪器件13 |
| 熔点 | 937.4°C（热稳定性差）23 | 1414°C（耐高温性能优异）23 | 硅器件可耐受200°C以上，锗器件仅75-100°C23 |
| 电子迁移率 | 3900 cm²/(V·s)（高迁移率，高频响应快）23 | 1500 cm²/(V·s)（较低，但工艺成熟）23 | 锗在微波放大器等高频领域性能更优35 |
| 热导率 | 60.2 W/m·K（散热能力较弱）23 | 149 W/m·K（散热效率高）23 | 硅更适合高功率器件（如IGBT）36 |
| 晶格常数 | 5.65754 Å6 | 5.431 Å6 | 硅锗异质结需解决4%晶格失配问题（如SiGe/Si材料）45 |
| 制造成本 | 提纯工艺复杂，8英寸衬底单价达10万元/片58 | 地壳含量26.3%，12英寸晶圆成本低16 | 硅占半导体基材市场超95%16 |
| 透光波段 | 红外波段透光率高（1.8-23μm）35 | 可见光波段透光性好，红外吸收强35 | 锗用于红外光学元件（如热成像仪），硅用于光伏35 |
| 典型应用 | 高频器件、红外光学、光纤通信35 | 集成电路、太阳能电池、功率器件13 | 硅主导通用半导体，锗聚焦细分领域13 |
一、基础物理特性对比
导电性与能带结构
锗的导电性优于硅，其电子和空穴迁移率分别为硅的2倍和4倍，适用于高频器件（如肖特基二极管）13。
硅的禁带宽度（1.12 eV）显著高于锗（0.66 eV），高温环境下漏电流更小，稳定性更强34。
热稳定性
硅的熔点（1414°C）远高于锗（937.4°C），且热导率（149 W/m·K）优于锗（60.2 W/m·K），更适合大功率、高温场景25。
锗器件工作温度上限仅75-100°C，而硅器件可耐受200°C以上26。
二、工艺与成本差异
制造难度硅提纯技术成熟（纯度达99.9999999%以上），可低成本量产大尺寸晶圆（12英寸为主流）45。
锗提纯工艺复杂，界面易氧化生成GeO缺陷，需GeOI（绝缘体上锗）技术提升器件可靠性78。
经济性
硅因地壳含量高（26.3% vs 锗的百万分之七），开采成本低，成为半导体行业主流基材15。
锗片价格波动大（如2024年涨至14000元/千克），8英寸高端衬底单价可达10万元/片27。
三、应用场景分化
硅片主导领域
集成电路（占比半导体材料36%）7、太阳能电池（晶体硅电池为主）2、功率器件（MOSFET/IGBT）45。
锗片优势领域
高频低噪器件（如微波放大器）3、红外光学元件（透光率优于硅）27、光纤通信核心组件28。
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