對這個問題我們首先分析這兩種材料的特性之後再做判斷。

一、矽

化學成分

矽是重要的半導體材料，化學元素符號Si。電活性雜質磷和硼在合格半導體和多晶矽中應分別低於0.4ppb和0.1ppb。拉制單晶時要摻入一定量的電活性雜質，以獲得所要求的導電型別和電阻率。重金屬銅、金、鐵等和非金屬碳都是極有害的雜質，它們的存在會使PN接面效能變壞。矽中碳含量較高，低於1ppm者可認為是低碳單晶。碳含量超過3ppm時其有害作用已較顯著。矽中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉矽單晶氧含量在5～40ppm範圍內；區熔矽單晶氧含量可低於1ppm。

矽的性質

矽具有優良的半導體電學性質。禁頻寬度適中，為1.12電子伏。載流子遷移率較高，電子遷移率為1350釐米2/伏·秒，空穴遷移率為480釐米2/伏·秒。本徵電阻率在室溫(300K)下高達2.3×105歐·釐米,摻雜後電阻率可控制在104～10-4 歐·釐米的寬廣範圍內，能滿足製造各種器件的需要。矽單晶的非平衡少數載流子壽命較長,在幾十微秒至1毫秒之間。

熱導率較大。化學性質穩定，又易於形成穩定的熱氧化膜。在平面型矽器件製造中可以用氧化膜實現PN接面表面鈍化和保護，還可以形成金屬-氧化物-半導體結構,製造MOS場效應電晶體和積體電路。上述性質使PN接面具有良好特性，使矽器件具有耐高壓、反向漏電流小、效率高、使用壽命長、可靠性好、熱傳導好，並能在200高溫下執行等優點。

技術引數

矽單晶主要技術引數有導電型別、電阻率與均勻度、非平衡載流子壽命、晶向與晶向偏離度、晶體缺陷等。

導電型別 　導電型別由摻入的施主或受主雜質決定。P型單晶多摻硼，N型單晶多摻磷,外延片襯底用N型單晶摻銻或砷。

電阻率與均勻度 　拉制單晶時摻入一定雜質以控制單晶的電阻率。由於雜質分佈不勻，電阻率也不均勻。電阻率均勻性包括縱向電阻率均勻度、斷面電阻率均勻度和微區電阻率均勻度。它直接影響器件引數的一致性和成品率。

非平衡載流子壽命 　光照或電注入產生的附加電子和空穴瞬即複合而消失，它們平均存在的時間稱為非平衡載流子的壽命。非平衡載流子壽命同器件放大倍數、反向電流和開關特性等均有關係。壽命值又間接地反映矽單晶的純度，存在重金屬雜質會使壽命值大大降低。

晶向與晶向偏離度 　常用的單晶晶向多為 (111)和(100)（見圖）。晶體的軸與晶體方向不吻合時，其偏離的角度稱為晶向偏離度。

單晶矽的製作

矽單晶按拉制方法不同分為無坩堝區熔(FZ)單晶與有坩堝直拉(CZ)單晶。區熔單晶不受坩堝汙染，純度較高，適於生產電阻率高於20歐·釐米的N型矽單晶（包括中子嬗變摻雜單晶）和高阻 P型矽單晶。由於含氧量低，區熔單晶機械強度較差。

大量區熔單晶用於製造高壓整流器、晶體閘流管、高壓電晶體等器件。直接法易於獲得大直徑單晶，但純度低於區熔單晶，適於生產20歐·釐米以下的矽單晶。由於含氧量高,直拉單晶機械強度較好。大量直拉單晶用於製造MOS積體電路、大功率電晶體等器件。外延片襯底單晶也用直拉法生產。矽單晶商品多製成拋光片，但對FZ單晶片與CZ單晶片須加以區別。外延片是在矽單晶片襯底（或尖晶石、藍寶石等絕緣襯底）上外延生長矽單晶薄層而製成，大量用於製造雙極型積體電路、高頻電晶體、小功率電晶體等器件。

單晶矽的應用

單晶矽在太陽能電池中的應用，高純的單晶矽是重要的半導體材料。在光伏技術和微小型半導體逆變器技術飛速發展的今天，利用矽單晶所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為光能，實現了邁向綠色能源革命的開始。

二、金剛石

金剛石俗稱“金剛鑽”。也就是我們常說的鑽石的原身，它是一種由碳元素組成的礦物，是碳元素的同素異形體。金剛石是自然界中天然存在的最堅硬的物質。金剛石的用途非常廣泛，例如：工藝品、工業中的切割工具。石墨可以在高溫、高壓下形成人造金剛石。也是貴重寶石。

化學性質

金剛石是在地球深部高壓、高溫條件下形成的一種由碳元素組成的單質晶體，是指經過琢磨的金剛石。金剛石是無色正八面體晶體，其成分為純碳，由碳原子以四價鍵連結，為目前已知自然存在最硬物質。由於金剛石中的C-C鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以金剛石硬度非常大，熔點在華氏6900度，金剛石在純氧中燃點為720~800℃，在空氣中為850~1000℃，而且不導電。

結構性質

金剛石結構分為；等軸晶系四面六面體立方體與六方晶系鑽石。

在鑽石晶體中，碳原子按四面體成鍵方式互相連線，組成無限的三維骨架，是典型的原子晶體。每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。由於鑽石中的C-C鍵很強，所以所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以鑽石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電。在工業上，鑽石主要用於製造鑽探用的探頭和磨削工具，形狀完整的還用於製造手飾等高檔裝飾品，其價格十分昂貴。

結論：金剛石不能代替晶片的基體材料矽。

金剛石是可以代替晶片的基體材料矽。

矽被採用作為晶片的基本材料，第一個是因為它儲量巨大。矽在自然界並不單獨存在，最常見的化合物是二氧化矽和矽酸鹽，廣泛存在於岩石、砂礫和塵土。如此作為晶片製造的基本材料，是非常容易得到。

第二個原因是矽提純技術發展成熟，人類可以生產近乎完美的矽晶體

第三個原因是矽性質穩定，包括化學性質和物理性質。例如曾經做過芯體材料的鍺，當溫度達到75℃以上時，其導電率有較大變化。對於晶片而言，此現象將會引發其效能的穩定性。矽相比鍺，就優秀的多。

儘管矽有如此多的優點，作為半導體材料，用來製作晶片的基本元件電晶體。但是，隨著現代經濟的發展，在越來越多的需要提高速度、減少延遲和光檢測的應用中，矽正在達到效能的極限。為此需要尋求新材料的突破，從而製造全新的晶片。

金剛石，俗稱鑽石，如果用純天然的鑽石製造晶片，價格昂貴，且晶片總體數量是可預估的。但是金剛石原料的儲量是可以依靠人造鑽石來解決。

其次，在性質表現方面，鑽石作為半導體材料具有最好的絕緣耐壓性和最高的熱傳導率。人們通常觀念裡認為鑽石不導電，該說法不嚴謹，實際上鑽石電阻非常大。但是目前日本研究員在鑽石中摻進雜質解決了該問題，並首次製成雙極型電晶體，為研究節能半導體元件開闢了道路。

設想鑽石作為半導體制作的手機晶片出現，由於耐受高溫的特性，電子元器件的老化會得到有效遏制，自然智慧手機的電子壽命會延長。其次該晶片能夠減少發熱量，手機會變得更薄，省下來的空間也可以用來提升手機效能。這僅僅是手機領域，像重工業和航天工業藉助鑽石晶片受惠更多。

金剛石是可以替代矽的，只是目前還存在一定的技術難度，需要科研人員努力探索。

金剛石要能代替晶片的基本材料矽的話，母豬都能上樹。在半導體發展歷史上，最初流行鍺半導體，不久就被矽半導體打敗，最終矽統治了半導體王國，鍺半導體僅在少數領域刷存在感。實話實說，金剛石雖然能俘虜女人的心，但在半導體行業人士眼裡，商業價值甚至比不過鍺。

下面，我條分縷析，一一解析原因。

矽被稱為“上帝賜給人類的財富”，原因之一是，它佔地殼總質量的26.4%，是僅次於氧的含量第二豐富的元素，隨便抓起一把沙子、泥土，拿起一塊石頭，裡面都含有大量的矽的氧化物——二氧化矽。

相比之下，鍺的含量只有100萬分之7，含量十分稀少，而且幾乎沒有比較集中的鍺礦，

這就造成鍺的開採成本是矽的幾百倍，商業價值很低。

金剛石雖然有集中的金剛石礦，但含量太少了。2015年，全球半導體級的多晶矽需求超過6萬噸，每年都在增長。想要替代矽的話，上哪去找每年6萬多噸的金剛石？

金剛石含有或多或少的雜質，要去除這些雜質，以目前的科技，很難做到。而矽的提純相對容易得多，將矽石在電弧爐中熔化，用碳或石墨還原，得到矽含量98.5%的工業矽（又叫“金屬貴”），然後粉碎成微細粉末，與液態氯化氫（不是鹽酸，鹽酸是氯化氫的水溶液）在大約300攝氏度發生反應，生成三氯氫矽，經蒸餾、精製，獲得很高的純度，然後將高純三氯氫矽與超高純氫發生還原反應，得到純度99.999999999%的多晶矽（比純金多7個9），然後拉制單晶矽。

一根直徑12英寸（目前最大）的單晶矽棒，高約2米，重約350公斤，純度99.999999999%，相當於100億個矽原子中，允許1個雜質原子存在。

從上述過程可以看出，矽的提純就是一系列連續的氧化、還原反應。要讓化學反應產生，元素的化學性質需要相對活潑，但金剛石的主要成分是碳元素，碳的化學性質遠不及矽活潑，難以進行去除雜質的氧化、還原反應，純度提升很難。

在提純難關之後，加工的難題才是最大的難題。製作晶片前，單晶矽棒需要切成薄片，矽的硬度雖然高，但可以利用自然界最硬的物質金剛石進行切割。

但，用金剛石做晶片基體材料，切割將是難題，用金剛石切割金剛石，效率低，費用高，只能用硬度更高的人造物質。

目前已知硬度最高的人造物質是碳炔，硬度是金剛石的40倍，但還處於試驗階段，未到大規模商業化階段。如何將金剛石切片，現在還沒有很好的解決辦法。

就算不久的將來，碳炔能順利商用，金剛石能被切成薄片，真正的難題來了：如何製造絕緣膜？

在矽片上製造絕緣膜非常方便，將矽片放到900攝氏度左右的高溫水蒸氣環境中，矽片就會與氧發生熱氧化反應，在表面生長矽氧化膜——二氧化矽（玻璃的主要成分），然後對其塗抹光刻膠，進行刻蝕，再配合其它工藝和材料，就可以得晶片。矽氧化膜具有不吸潮、耐酸鹼、導熱性好、光學效能穩定、絕緣效能良好的特點（感覺抽象的，腦想想玻璃的特點），是晶片製作的前提，而且透過矽這種基體材料就可以方便地得到矽氧化膜，正是因為矽氧化膜如此重要，得來又如此容易，加上矽含量豐富，所以矽才被稱為“上帝賜給人類的財富”。

金剛石做晶片基體的話，氧化膜從那裡來？金剛石本身是純碳，其氧化物是二氧化碳，常溫下是氣態，充當絕緣？那是不可能的，一形成人家就跑到空氣中逍遙自在了。用其它氧化物？試驗驗證、工藝流程研發、裝置改造，花錢海去了，還不一定能成功。

總之，用金剛石做晶片基體材料，不僅含量少，而且加工極難，商業價值極低，由於這些缺點，根本不可能取代矽在晶片行業的地位。

回答這個問題，必須弄清三方面問題：

晶片對基體材料有哪些要求。

金剛石能否滿足這些要求。

金剛石相比矽，是否有優勢。

我認為，金剛石不能代替晶片的基體材料矽。

能用於製作晶片基體的半導體材料有如下幾類：

元素半導體材料：以單一元素組成的半導體，屬於這一材料的有硼、金剛石、鍺、矽、灰錫、銻、硒、碲等，其中以鍺、矽、錫研究較早，製備工藝相對成熟。

複合半導體材料：由兩種或兩種以上無機物化合成的半導體，種類繁多，已知的二元化合物就有數百種。

三五半導體：由Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb組成，比如砷化鎵（GaAs）；它們都具有閃鋅礦結構，在應用方面僅次於Ge、Si。

二六半導體：Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一些重要的光電材料；ZnS、CdTe、HgTe具有閃鋅礦結構。

四六半導體：SiC和Ge-Si合金都具有閃鋅礦的結構。

由上述分類可以看出，金剛石的確是半導體材料，有做成晶片基體的潛能。接下來需要考慮，金剛石能否滿足晶片對基體材料的要求。

這個問題需要從兩者的化學特性和工業製作成本來考慮。

一、化學特性對比

矽有無定形矽和晶體矽兩種同素異形體，晶體矽為灰黑色，無定形矽為黑色，密度2.32-2.34克/立方厘米，熔點1410℃，沸點2355℃，晶體矽屬於原子晶體。不溶於水、硝酸和鹽酸，溶於氫氟酸和鹼液。硬而有金屬光澤。

矽的電導率與其溫度有很大關係，隨著溫度升高，電導率增大，在1480℃左右達到最大，而溫度超過1600℃後又隨溫度的升高而減小。

金剛石它是一種由碳元素組成的礦物，是碳元素的同素異形體，金剛石是自然界中天然存在的最堅硬的物質。其結構是正八面體晶體，晶體中每個碳原子都以sp3雜化軌道與另外4個相鄰的碳原子形成共價鍵，每四個相鄰的碳原子均構成正四面體。晶體型別金剛石中的CC鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以金剛石硬度非常大，不導電，熔點在3815℃。金剛石在純氧中燃點為720~800℃，在空氣中為850~1000℃。

二、工業製作對比

1.原料成本

矽也是極為常見的一種元素，然而它極少以單質的形式在自然界出現，而是以複雜的矽酸鹽或二氧化矽的形式，廣泛存在於岩石、砂礫、塵土之中。矽在宇宙中的儲量排在第八位。在地殼中，它是第二豐富的元素，構成地殼總質量的26.4%，僅次於第一位的氧（49.4%）。

世界上有20多個國家賦存有金剛石礦產，主要分佈在澳洲、非洲西部和南部，以及俄羅斯的亞洲部分。目前，全世界金剛石產量每年超過100百萬克拉，其中寶石級15%，近寶石級38%，工業級47%。

2.製作成本

金剛石的出產是很複雜的，它需要經過採礦、粉碎、沖洗、沉澱、挑選、分類、切割、打磨以及拋光等諸多工序之後才能出現在市場上。從開採的大塊岩石中將鑽石分離出來是相當困難的。即使有先進的技術，發掘的過程仍然十分複雜。而生產一顆切磨好的1克拉重的金剛石，必須從鑽石礦藏中挖出至少約250噸的礦土進行加工處理而成。

金剛石還因硬度太高，難以加工；此外，相比於單晶矽，金剛石提純工藝複雜，很難提純到6個9或7個9的等級。

金剛石從理論上來說，是可以作為晶片基體材料的。但是，從工業製作的角度來說，原料儲存少、加工難度大的金剛石，不適合替代矽製作晶片，即便製作出來了，價格也是難以承受的。

碳化矽（SIC）是半導體界公認的“一種未來的材料”，是新世紀有廣闊發展潛力的新型半導體材料。預計在今後5～10年將會快速發展和有顯著成果出現。促使碳化矽發展的主要因素是矽（SI）材料的負載量已到達極限，以矽作為基片的半導體器件效能和能力極限已無可突破的空間。而金剛石雖然說本質也是碳，但原子排列不一樣，目前不能代替晶片材料！至少是幾十年以內！

矽的性質，氧化二氧化矽，可作絕緣材料，單晶矽，滲其它元素後，形成極性，可外延可，氣相疊加，可化學燒錄圖案，而金剛石，是碳，有以工能嗎，如有氣相疊加單晶矽，有可以作極性材料，一是散熱率，二導電率。