隨著硅這種半導體材料的廣泛應用，人們開始關注更多的材料，以便制成性價比更高的電子產品，搶占市場。第一代半導體材料主要是硅和鍺等半導體材料，目前仍是整個電子材料市場的主力。隨著技術的進步，第二代半導體材料應運而生，這一類材料是主要是砷化鎵、Ge－Si以及玻璃半導體等組成，目前也有一些實用的產品。當前和未來最被看好的半導體材料是第三代半導體材料，也叫寬禁帶半導體材料，這類材料的性質非常優越，可以說集第一第二代材料優點，是集大成者的材料，尤其適合光電顯示、軍工和新能源汽車、衛星研究等，是前景最廣闊的一類材料。隨著市場對半導體器件微型化、導熱性的高要求，這類材料的市場需求暴漲，適用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。
碳化硅是最接近大規模商業化的第三代半導體材料
碳化硅又叫金剛砂，是用石英砂、石油焦、木屑等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物莫桑石，在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種。
（碳化硅晶圓）
碳化硅是當前發展最成熟的寬禁帶半導體材料，世界各國對碳化硅的研究很重視，美歐日等不僅從國家層面上制定了相應的研究規劃。碳化硅因具有很大的硬度而成為一種重要的磨料，但其應用范圍卻超過一般的磨料。它所具有的耐高溫性、導熱性而成為隧道窯或梭式窯的首選窯具材料之一，它所具有的導電性使其成為一種重要的電加熱元件等。碳化硅材料還可應用于功能陶瓷、耐火材料、冶金原料等應用領域。碳化硅器件的發展難題不是設計難題，而是實現芯片結構的制作工藝，如碳化硅晶片的微管缺陷密度、外延工藝效率低、摻雜工藝的特殊要求、配套材料的耐溫等。碳化硅生產的另一個問題是環保，由于碳化硅在冶煉過程中會產生一氧化碳、二氧化硫等有害氣體，同時粉塵顆粒如果處理不當，污染非常嚴重。
氮化鎵在電子上的應用與難點
氮化鎵是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導體，該化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，可以用在高功率、高速的光電元件中，如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導體泵浦固體激光器的條件下，產生紫光的激光。氮化鎵是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，在光電子、激光器、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。氮化鎵材料的發展難題有三個，一是如何獲得高質量、大尺寸的氮化硅的籽晶，直接采用氨熱方法培育一個兩英寸的籽晶需要幾年時間；二是對于氮化鎵材料，長期以來由于襯底單晶沒有解決，異質外延缺陷密度相當高，因為氮化鎵極性太大，難以通過高摻雜來獲得較好的金屬半導體歐姆接觸，工藝制造較復雜；三是氮化鎵產業鏈尚未完全形成。
（氮化鎵開關芯片）
由于天然含量甚少，碳化硅主要多為人造，常見的方法是將石英砂與焦炭混合，利用其中的二氧化硅和石油焦，加入食鹽和木屑，置入電爐中，加熱到2000°C左右高溫，經過各種化學工藝流程后得到碳化硅微粉。法國和瑞士科學家首次使用氮化鎵成功制造出了性能優異的高電子遷徙率晶體管。據OFweek電子工程網獲悉，珠海一家公司擁有8英寸硅基氮化鎵量產生產線，這是中國首條實現量產的8英寸硅基氮化鎵生產線。當前氮化鎵的工藝制造難題是薄膜冷卻時受熱錯配應力的驅動下，容易發生破裂或翹曲，成為硅基氮化鎵大英寸化的主要障礙。
氧化鋅在電子上的應用
氧化鋅的化學式是ZnO，學過化學的小伙伴知道，這是一種白色粉末，是兩性氧化物，難溶于水但可溶于酸，氧化鋅的化學性質活潑，能與鎂粉、鋁粉、等物質發生化學反應，并有爆炸的可能。為什么氧化鋅被稱為第三代半導體材料，因為它的化學性質，讓它能應用在半導體上。半導體材料需要更好的穩定性，如它的能帶隙和激子束縛能較大，有優異的常溫發光性能，在半導體領域的液晶顯示器、發光二極管以及薄膜晶體管等產品中可以發揮大的作用，這幾個領域都是很有前景的。
對于活性的氧化鋅，它的特點是純度更高，不純物的含量更低，表面積更大，這有利于增加半導體的導電性和工作效率，所以活性的氧化鋅也有很多應用，如在具備常規塊體材料所不具備的特點，具有抗紅外和紫外等特點，例如采用納米氧化鋅制備的壓敏電阻，不僅具有較低的燒結溫度，整個電阻性能全面提升，電阻的非線性系數、通流能力超越一般電子材料的能力。光電子將是氧化鋅未來突破的一個關鍵領域，相對于碳化硅和氮化鎵，氧化鋅在光電顯示、電磁產品、熱敏感應等方面有著獨一無二的能力。
金剛石的特性與應用
從化學元素上來說，金剛石和所謂的石墨和木炭并沒有區別，差別是碳原子的排列。金剛石是無色正八面體晶體，其成分為純碳元素，由碳原子以四價鍵鏈接，這樣的結構和化學排列讓金剛石成為目前自然界中最堅硬的物質之一。金剛石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電，是一種獨特的半導體。正是這樣的性質讓它有很多用途，人們所說的鉆石其實主要成分就是金剛石。金剛石以前最大的用途是工藝品和工業切割，但是科學家發現金剛石作為一種材料，在半導體領域的應用同樣很多，也有很大的應用前景。
金剛石材料能有很好的應用，這是因為它的亮度、色散和光澤等性質決定。如金剛石有極高的反射率，其反射臨界角較小反射光量大，能產生很高的亮度。還有，金剛石多樣的晶面象三棱鏡一樣，能把通過折射、反射和全反射進入晶體內部的白光分解成各種類型的光，金剛光澤也是一個很好的優勢等等，光電器件、工業機器人和航空應用等都將是金剛石材料的未來的主戰場。金剛石材料在電子元器件封裝和電子薄膜等上有著非常好的應用，受制于成本，未能大面積普及，但是隨著量和技術的進步，普及也是有可能的。我國目前還未掌握最先進的金剛石生產方法，這種材料的生產方法包括高溫高壓法技術，這個是最成熟的方法，還有化學氣相沉積法，這種方法不成熟，產業化難度還很大，在研究之中。
近年來，我國半導體材料市場發展迅速，其中以碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、金剛石等為主的材料備受關注。它們這類材料都有這樣共同的特點，比如均有著好的前景，材料特性優于第一第二代半導體材料等。化學特性的不同造就了其不同的應用領域，碳化硅在新能源汽車上優勢明顯，氮化鎵特別適用于晶體管和模擬電路等，氧化鋅獨特的特點在光電顯示等優勢明顯，金剛石薄膜在粒子探測器中的應用，金剛石在激光等上優勢也很好等等。雖然前景好，但產業化難題仍然擺在我們面前，如我國材料的制造工藝和質量并未達到世界頂級，材料制造設備依賴于進口嚴重，碳化硅與氮化鎵材料和器件方面產業鏈尚未形成，金剛石材料很貴，而氧化鋅產業鏈太缺失等，這些問題需逐步解決，方可讓國產半導體材料屹立于世界頂尖行列。隨著技術的進步，未來四種半導體材料相輔相成，組成中國強大的半導體產業。