半导体

晶体管是芯片上最主要的部分，也是提高芯片速度的关键。芯片制造商不断改进设计、缩小器件尺寸，使每平方毫米的硅片上能够密集地排布更多器件。然而，要让这些晶体管在更先进的技术节点下可靠工作，还必须引进新的材料和设计。

在人类遵循摩尔定律近40年后，用减小特征尺寸（称之为“按比缩小”）的方法增加传统二维存储芯片的容量变得非常困难。例如，先进的25nm闪存芯片存储每一个信息位用大约100个电子。在成百上千万次读/写周期内可靠地包容这些电子是一个重大挑战——也是一个重大成就。

互连就是将晶体管与其它电路元件互相连接并通向外界的电气通路，这对于微芯片的速度和可靠性是至关重要的。现代微处理器有多达10层的互连布线，这种错综复杂的结构是整个芯片制造过程中工艺最密集（因而是最昂贵）的部分之一。

三维集成电路（3D-ICs）是应用材料公司技术发展的一个新兴领域。这是一种硅片级的芯片封装，旨在简化制造工艺。三维集成电路中，多个芯片垂直堆叠于单一封装内，在较小面积上提供更高性能和功能。芯片的电连接采用TSV (硅通孔)技术。

为了将数十亿个晶体管置于当今最先进的微芯片上，制造商必须挑战物理定律的极限，用复杂的光刻方法，把比人的头发还要细小上千倍的芯片特征图形印制到硅片上。