硅之所以成为芯片的主要材料，原因在于它具备高纯度、稳定性好和较低成本等特点。硅晶体结构紧密且难以发生缺陷，这使得其电子性能可靠，适合制造集成电路。在微观层面，硅具有四价半金属特性，即可以自由形成共振带，这对于设计和优化晶体管至关重要。
除了硅，还有其他一些新兴材料如锶钛酸盐（STO）和碳纳米管（CNTs）也被研究作为潜在的替代或增强者。这些材料相比传统的SiO2氧化膜，在绝缘子中提供了更好的绝缘性能和热稳定性。例如，STO具有更高的绝缘电阻率，可以减少漏电流，从而提高整体系统效率。
碳纳米管由于其极小尺寸、高导数以及良好的机械强度，使它们成为未来电子设备中的有希望候选者。但是，由于生产工艺复杂且成本较高，对于大规模应用尚未完全成熟。此外，它们之间可能存在非均匀性的问题，如对环境条件敏感、易受辐射影响等，这些都需要进一步研究来克服。
随着技术发展，一些特殊场合下使用其他类型的人造二维材料也出现了，比如石墨烯及其衍生物。这类物质展示出独特的光学、热学及电子物理行为，并展现出巨大的潜力用于制备超薄型集成电路单元。然而，它们目前仍处于初级阶段，其稳定性、可控程度还有待改进。
另一种趋势是在探索如何利用生物分子的自组装能力来制造智能配方，以实现无需额外加工即可自动生成功能性的集成电路。这一领域正在迅速发展，因为生物分子能够通过化学键自然聚集，而不需要像传统方法那样依赖精确控制化学反应过程。这项技术如果成功，将极大地简化整个芯片制造过程，并可能导致更多创新的可能性出现。
