硅化學符號是Si，沙子的主要成分是二氧化硅，經提純後可得高純度的單晶硅是重要的半導體材料。
鍺化學符號是Ge，是重要的半導體材料，在半導體器件上的應用已大部分被硅取代，僅在高頻大功率器件上有一定用量，其他以光電雪崩二極管用量較大。
電流流過負載以後相對於同一參考點的電勢（電位）變化稱為電壓降，簡稱壓降。
芯片
硅PN結正向壓降為0.7V左右，鍺PN結正向壓降為0.3V左右，這個參數意味著什麼呢?
意味著鍺比硅壓降要小，壓降小就意味著啟動電壓就小，啟動電壓小意味著供電電壓就小，供電電壓小意味著功耗就小，功耗小意味著發熱量就小。鍺的開啟電壓非常小僅僅需要0.1V即可，而硅的開啟電壓卻需要0.5V。
鍺的優點還有:鍺管空穴遷移率最大，是硅的四倍；電子遷移率是硅的兩倍，意味著速度會更快。禁帶寬度小，有利於發展低電壓器件。激活溫度遠低於硅，有利於節省熱預算。小的波爾激子半徑，有助於提高它的場發射特性。小的禁帶寬度，有助於組合介電材料，降低漏電流。
鍺晶體管：一個金屬箭頭，插在一塊鍺上
鍺的優點這麼多，為什麼還是發展不起來呢?
追本溯源，回看晶體管的發展史，鍺，曾經的明星。在半導體芯片發展的早期，硅只能當配角，鍺才是真正的明星：第一個晶體管是鍺晶體管；第一個集成電路（芯片）是鍺芯片；有一段時間，晶體管市場的主流是鍺，硅晶體管銷量不及它的零頭。最初鍺管的研究應用是很廣泛的，1947年貝爾實驗室發表了第一個以鍺半導體做成的點接觸晶體管。由於點接觸晶體管的性能尚不佳，肖克利提出了使用p-n 結面製作接面晶體管的方法，稱為雙極型晶體管，肖克利發明p-n 二極管及晶體管效應的研究獲得1956年諾貝爾物理獎。回想七八十年代的收音機，分立原件鍺管的應用到達了巔峰，到九十年代集成電路出現後鍺就逐漸沒落了，到現在幾乎是沒有鍺芯片的，都是硅基芯片。
鍺管
鍺收音機
為什麼歷史選擇了硅?
1954年，很多人抱怨鍺晶體管的一個壞的特性，不能在高溫下工作，在溫度方面，鍺首先敗下陣來：鍺晶體管能耐受的溫度只有80℃，而軍方的要求是在200℃也能穩定運行，能扛住這個溫度的，也只有硅晶體管了。限於當時技術水平，人們都認為硅晶體管還需要等上好幾年的時候，從貝爾實驗室跳槽到德州儀器的Gordon Teal從口袋裡拿出了硅晶體管的成品， 那一刻使得Tl才從一個小電子公司突然變成了一個極具行業影響力的巨頭，Tl不僅是第一個生產出硅晶體管的公司，更是第一個生產大眾化晶體管的公司。
八位仙童
與此同時，肖克利的“八個叛徒”創辦了仙童半導體公司，發明了製造擴散型硅晶體管的“平面處理工藝”，把硅晶體管的製造變得像印書一樣簡單、高效，價格還非常便宜。隨著仙童公司的擴散型硅晶體管大量上市，晶體管開始告別鍺時代，仙童公司實現6個月盈利，從名不見經傳的小公司，躍升為可以和德州儀器這樣的巨頭肩並肩的半導體新貴。真正完全終結鍺晶體管的，還是集成電路（俗稱芯片）的發明。德州儀器和仙童公司同時發明了集成電路，但技術路線不同，德州儀器用的是鍺晶片，仙童公司一如既往地用硅晶片。鍺雖然退出芯片領域，但仍然是一種重要的半導體材料，在半導體元器件、傳感器、太陽能電池等領域，重要而獨特的地位依然不可替代。
硅晶圓
硅作為現在最廣泛應用的半導體材料，它的優點是多方面的。
1、硅的地球儲量很大，所以原料成本低廉。
2、硅的提純工藝歷經60年的發展，已經達到目前人類的最高水平。
3、Si/SiO2 的界面可以通過氧化獲得，非常完美。通過後退火工藝可以獲得極其完美的界面。
4、關於硅的摻雜和擴散工藝，研究得十分廣泛，前期經驗很多。
相對於硅，鍺的缺點也比較明顯：鍺屬於較為活潑的材料，它和介電材料的界面容易發生氧化還原反應，生成GeO，產生較多缺陷，進而影響材料的性能；鍺由於儲量較少，所以直接使用鍺作襯底是不合適的，因此必須通過GeOI（絕緣體上鍺）技術，來發展未來器件。該技術存在一定難度，但是通過借鑑研究硅材料獲得的經驗，相信會在不久的將來克服。
龜與芯片
硅鍺芯片的興起，兩者結合，取長補短，能否成為新的起點?
據國外媒體報道，IBM硅鍺芯片速度高達500GHz，IBM與佐治亞理工學院成功在溫度為-268℃下，使一顆芯片運行在500GHz，這刷新了硅鍺芯片的速度記錄。研究人員使芯片溫度達到了-268℃，這樣的低溫在自然界只存在於外太空，已接近絕對零度。硅鍺芯片在低溫下可以獲得更好的性能，研究人員預言最終芯片的頻率可達1THz。 此項實驗是探索硅鍺(SiGe)芯片速度極限計劃的一部分，這種芯片類似於標準的硅基芯片，但是它含有鍺元素使得芯片的功耗更低，性能更佳。
在室溫下，IBM和佐治亞理工學院的芯片已經可以穩定運行在350GHz，相對之下，目前個人電腦處理器的速度為1.8GHz至3.8GHz。
加入鍺元素可有效提高芯片性能並降低功耗，同時也會增加晶圓和芯片的生產成本。目前高性能的硅鍺芯片只應用導彈防禦系統、宇宙飛行器以及遙感測量等特殊領域。
硅鍺芯片
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