单晶硅是CPU的核心材料，因为它的晶体结构很规整，这样在制造晶体管时电流控制更精准。把硅锭切成晶圆后，工程师用光刻机在表面刻出纳米级电路图案，再通过离子注入和退火工艺让硅原子排列成导电沟道。每个芯片有上亿个晶体管，它们像开关一样控制数据流动。现在最先进的CPU用的是5纳米工艺，单晶硅的纯度必须达到99.9999%，杂质多了会导致短路或发热。

为什么必须用单晶硅呢？首先硅的禁带宽度1.1电子伏特，刚好能同时支持电子和空穴两种载流子，这是制造双极型晶体管的基础。其次它的热导率是2.6瓦每厘米每度，比锗高三倍，能承受更高频率工作。根据国际半导体产业协会数据，大前年单晶硅芯片良率达92%，而多晶硅只有78%。台积电3纳米工艺中，单晶硅晶圆直径从300毫米扩大到450毫米，晶体管密度提升到230亿个每平方厘米。不过单晶硅的电阻率是2300欧姆厘米，比铜高六千倍，所以芯片内部还要用铜做导线。现在制程还在继续缩小，但单晶硅的物理极限让未来可能转向二维材料，不过那要等二十年后技术成熟了。