對更高的芯片性能、更低的功耗和更小的外形尺寸的不懈追求推動了半導體材料的創新。傳統的矽基芯片正在達到其物理極限，這促使研究人員和製造商探索能夠克服這些限製的替代材料。

創新的一個關鍵領域是化合物半導體的使用，如砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）。與矽相比，這些材料具有優越的電氣性能，包括更高的電子遷移率和擊穿電壓，使其成為高頻，高功率應用的理想選擇。例如，GaN芯片用於5G基站、電動汽車（EV）充電器和雷達系統，因為它們可以在更高的溫度下工作，並且比矽基組件切換得更快。另一方面，碳化矽在電動汽車電力電子領域越來越受歡迎，可以實現更有效的能量轉換，並減小電池系統的尺寸和重量。

另一種很有前途的材料是石墨烯，一種單層碳原子排列成六邊形晶格。石墨烯具有優異的導電性、導熱性和機械強度，使其成為芯片中銅互連的潛在替代品。隨著芯片尺寸的縮小，銅互連會面臨電阻和功耗增加的問題，但石墨烯可以減少這些問題，實現更快的信號傳輸和更低的功耗。然而，大規模石墨烯生產和集成到現有製造工藝中的挑戰阻礙了其商業應用。