芯片的核心材料硅之王与新兴挑战者
硅的崛起
硅，作为现代半导体行业中的“皇冠”，其历史可以追溯到二战时期。美国科学家迪拉克在1940年代初成功合成了纯净的四氯化硅（SiCl4），这是生产高纯度硅的一大关键一步。在1954年，肖克利、巴丁和布拉顿独立地发现了PN结，这是现代晶体管工作原理的基础。随后，第一块微型集成电路（IC）在1958年诞生，由约翰·巴丁、沃尔特·布拉顿和威廉·肖克利等人共同研发。这一突破不仅标志着计算机技术的一个重大飞跃，也奠定了硅在电子工业中的统治地位。
新兴材料的涌现
随着技术不断进步，传统上主导半导体制造业的硅正面临新的竞争者。这些新兴材料，如锶钙钛矿（Pb-free perovskite）、二维材料如石墨烯及黑磷，以及其他有机相容性较好的金属氧化物薄膜，都被认为是未来可能取代或至少与硅并行发展的一种可能性。这些新材质具有更高效率、高性能和低成本等优势，对抗传统半导体行业中存在的问题，如能量消耗过大、成本昂贵等。
锶钙钛矿——一个潜力巨大的挑战者
锶钙钛矿是一类基于ABX3结构（其中A为铜价元素，如锡、锆；B为过渡金属；X为氧或卤素）的复杂共轭固态光伏材料，它们展现出极佳的光电转换效率以及可持续性，使得它们成为研究人员关注的焦点之一。这种非金属性质使其能够减少对稀土资源依赖，同时它还具备良好的热稳定性，这对于长期运行而言尤为重要。
二维材料——石墨烯与黑磷
石墨烯由于其独特结构，即单层碳分子，可以提供比传统三维晶格更小尺寸带来更多自由度，从而显著提高性能。此外，它具有非常高的事务表面积，这使得它在能源存储领域有很大的应用前景。而另一方面，黑磷同样因其极强硬韧性、高热稳定性以及优异的光学性能，被看作是石墨烯之后可能会出现的一个替代品。但尽管如此，在实际应用中仍然面临着如何规模化生产以降低成本这一难题。
能源密度与环境影响考量
随着全球对可持续发展和绿色能源需求日益增长，对于芯片核心材料选择也越来越重视环境影响问题。在寻找替代方案时，不仅要考虑性能，还需要考虑能耗密度是否低，以及生产过程所需资源是否充足且环保。此外，与传统印刷电路板（PCB）相比，将电子元件集成到单个芯片上不仅节省空间，而且减少了整个系统中的金属使用，从而也有助于减少环境污染，并推动更加经济有效的情报处理方式。不过，无论哪种选择，其最终走向都将受到市场接受程度、技术成熟度以及经济效益等多重因素制约。