20世紀50年代，為了改善晶體管特性，提高其穩定性，半導體材料的制備技術得到了迅速發展。盡管硅在微電子技術應用方面取得了巨大成功，但是硅材料由于受間接帶隙的制約，在硅基發光器件的研究方面進展緩慢。

　　隨著半導體超晶體格概念的提出，以及分子束外延。金屬有機氣相外延和化學束外延等先進外延生長技術的進步，成功的生長出一系列的晶態、非晶態薄層、超薄層微結構材料，這不僅推動了半導體物理和半導體器件設計與制造從過去的所謂“雜質工程”發展到“能帶工程”為基于量子效應的新一代器件制造與應用打下了基礎。

　　元素半導體

　　第一代半導體是“元素半導體”，典型如硅基和鍺基半導體。其中以硅基半導體技術較成熟，應用也較廣，一般用硅基半導體來代替元素半導體的名稱。甚至于，目前，全球95%以上的半導體芯片和器件是用硅片作為基礎功能材料而生產出來的。

　　以硅材料為代表的第一代半導體材料，它取代了笨重的電子管，導致了以集成電路為核心的微電子工業的發展和整個IT 產業的飛躍，廣泛應用于信息處理和自動控制等領域。

　　但是在20世紀50年代，卻鍺在半導體中占主導地位，主要應用于低壓、低頻、中功率晶體管以及光電探測器中，但是鍺基半導體器件的耐高溫和抗輻射性能較差，到60年代后期逐漸被硅基器件取代。用硅材料制造的半導體器件，耐高溫和抗輻射性能較好。

　　1960年出現了0.75寸（約20mm）的單晶硅片。

　　1965年以分立器件為主的晶體管，開始使用少量的1.25英寸小硅片。之后經過2寸、3寸的發展，1975年4寸單晶硅片開始在全球市場上普及，接下來是5寸、6寸、8寸，2001年開始投入使用12寸硅片，預計在2020年，18寸（450mm）的硅片開始投入使用。

　　據了解，硅片占整個半導體材料市場的32%左右，行業市場空間約76億美元。國內半導體硅片市場規模為130億人民幣左右，占國內半導體制造材料總規模比重達42.5%。

　　而這一領域主要由日本廠商壟斷，我國6英寸硅片國產化率為50%，8英寸硅片國產化率為10%，12英寸硅片完全依賴于進口。

　　目前市場上在使用的硅片有 200mm（8 英寸）、300mm（12 英寸）硅片。由于晶圓面積越大，在同一晶圓上可生產的集成電路IC越多，成本越低，硅片的發展趨勢也是大尺寸化。12英寸硅片主要用于生產90nm-28nm及以下特征尺寸（16nm和14nm）的存儲器、數字電路芯片及混合信號電路芯片，是當前晶圓廠擴產的主流。

　　由于面臨資金和技術的雙重壓力，晶圓廠向450mm（18英寸）產線轉移的速度放緩，根據國際預測，到2020年左右，450mm的硅片開發技術才有可能實現初步量產。

　　化合物半導體

　　20世紀90年代以來，隨著移動通信的飛速發展、以光纖通信為基礎的信息高速公路和互聯網的興起，以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的第二代半導體材料開始嶄露頭腳。

　　第二代半導體材料是化合物半導體。化合物半導體是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和氮化鎵（GaN）等為代表，包括許多其它III-V族化合物半導體。這些化合物中，商業半導體器件中用得最多的是砷化鎵（GaAs）和磷砷化鎵（GaAsP），磷化銦（InP），砷鋁化鎵（GaAlAs）和磷鎵化銦（InGaP）。其中以砷化鎵技術較成熟，應用也較廣。

　　GaAs、InP等材料適用于制作高速、高頻、大功率以及發光電子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料，廣泛應用于衛星通訊、移動通訊、光通信、GPS導航等領域。但是GaAs、InP材料資源稀缺，價格昂貴，并且還有毒性，能污染環境，InP甚至被認為是可疑致癌物質，這些缺點使得第二代半導體材料的應用具有很大的局限性。

　　但是，化合物半導體不同於硅半導體的性質主要有二：