硅的发现与提纯
硅是一种广泛存在于地球表层的元素，通常以氧化物形式存在。它在自然界中以石英、方解石和花岗岩等矿物质的形式出现。硅在工业上首先被用于玻璃制造，但直到20世纪初，它才开始被用作半导体材料。1920年代，美国科学家霍普金斯大学的威廉·波默罗伊教授成功提取了纯净的硅金属，这标志着硅作为电子材料研究的一个新时代。
硅晶体成长技术
为了生产高质量芯片，需要将单个或多个硅原子排列成有序结构，即晶体。这一过程称为晶体成长。在早期，通过熔融法将含有少量其他金属杂质的小块白矾（三氧化二锰）加热至极高温度后冷却，使其结晶并形成大块单晶硅。但这种方法成本高且难以控制杂质含量。
晶圆切割与光刻技术
随着半导体行业发展，对于更精细和可靠的集成电路需求增加了对单 crystal silicon (SCS) 的要求，因此研发了一系列新的工艺，如晶圆切割、光刻技术等。这些技术允许制造商从一个大的原始薄片中剪裁出许多小型、高质量的微处理器，然后使用激光或电子束进行精确定位化学蚀刻，以创建复杂图案。
传统CMOS制程与现代扩展
传统CMOS（通用门逻辑CMOS）是目前最常用的集成电路设计流程之一，其核心是利用反转门结构实现电压补偿，从而降低功耗和提高性能。此外，还有一些专利技术如FinFET（场效应铜基场效应管）、GAA（网格阵列绝缘层）、3D栈式存储器等，为现代芯片提供了更多可能性，并推动了摩尔定律持续有效。
新兴材料探索与挑战
尽管Si仍然是主导市场，但由于尺寸下限接近物理极限，以及对能量消耗、速度以及安全性的不断追求，一些新兴材料正在逐步成为注意焦点，比如III-V族半导体、二维材料系统(如石墨烯)、甚至包括生物学材料。这些建材都具有潜力去解决当前Si所面临的问题，同时也带来了新的应用前景及开发挑战。
