芯片之所以能够实现高速运算、存储和传输数据，其核心在于它是由半导体材料制成的。半导体材料是一种特殊的电阻率，介于良好的导电物质（如金属）和很差的绝缘体之间，这使得它们在电子设备中发挥着至关重要的作用。
半导体材料最著名的是硅，它具有高纯度，可以形成各种晶型，从而用于制作不同的电子元件。硅晶圆是芯片制造过程中的关键步骤之一，通过精细加工硅晶圆可以得到复杂结构的小规模集成电路。
芯片上的微观结构是通过精确控制光刻技术来实现的。这一过程涉及到将图案直接转移到光敏胶上，然后用激光或电子束照射，使得不受照射区域被化学溶液侵蚀掉，从而形成所需形状。
半导体器件分为PN结和MOSFET等多种类型，其中PN结主要用于放大信号，而MOSFET则更适合数字逻辑操作。这些器件因为其小尺寸、高效率、低功耗等优点，在现代计算机硬件中占据了主流地位。
在芯片设计方面，随着技术进步，出现了先进工艺节点，如10纳米、7纳米乃至更小尺寸。在这种极端条件下，只有使用最先进的制造技术才能保证芯片性能，同时也带来了成本的大幅提升与挑战。
