硅與其他半導體材料在集成電路應用中的比較可從以下維度展開分析：

一、基礎特性對比

二、核心優勢領域

?硅材料?

?主流邏輯芯片?：全球95%的集成電路采用硅基制造，因其成本低（12英寸晶圓成本僅為砷化鎵的1/10）、工藝成熟（支持3nm制程）14

?集成度優勢?：硅晶圓直徑可達300mm，單晶缺陷率低于0.1/cm2，適合超大規模集成814

?氧化層特性?：自然生成的SiO?絕緣層（介電常數3.9）是MOSFET器件的理想介質28

?化合物半導體?

?高頻應用?：砷化鎵電子遷移率是硅的5.7倍，適用于5G毫米波（＞30GHz）器件49

?功率器件?：碳化硅擊穿電場強度達硅的10倍，可使電動汽車逆變器損耗降低70%112

?光電轉換?：磷化銦(InP)在光通信波段（1310/1550nm）量子效率超90%4

三、關鍵性能短板

?硅的局限性?

禁帶寬度窄導致高溫漏電流大（＞150℃性能驟降）911

高頻特性差（截止頻率＜100GHz），不適合太赫茲應用411

?替代材料挑戰?

?成本問題?：6英寸碳化硅晶圓價格是硅晶圓的20倍12

?晶圓尺寸?：氮化鎵量產晶圓最大直徑僅8英寸，限制產能提升12

?工藝兼容性?：砷化鎵器件需特殊生產線，與硅基產線不通用4

四、技術演進趨勢

?混合集成?：硅基CMOS與氮化鎵射頻器件3D堆疊（如蘋果5G射頻模組）12

?異質外延?：在硅襯底上生長GaN薄膜以降低成本（已實現200mm工藝）12

?量子計算?：硅-28同位素自旋量子比特相干時間突破1秒11

當前硅仍主導邏輯芯片市場，而第三代半導體在功率/射頻領域加速滲透，形成互補共存格局48。