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晶片，又稱微電路（microcircuit）、微晶片（microchip）、積體電路（integrated circuit, IC），是指內含積體電路的矽片，是手機和電腦等電子設備的一部分，負責處理資訊。人們常常把現代電子科技的進步與矽基晶片的進步等同起來。摩爾定律也越來越為人所熟知。
摩爾定律是由英特爾（Intel）創始人之一高登‧摩爾（Gordon Moore）提出來的。其內容為：當價格不變時，積體電路上可容納的電晶體的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月增加一倍以上。這一定律揭示了資訊技術進步的速度。
電子產品在現代生活中還扮演著一個角色，那就是引導電子產品的電力。電力電子（power electronics）領域正在迅速地發生變化，因為工程師們不再使用矽晶片，而是使用碳化矽等新型材料，這種材料可以更快、更有效地處理電力。一些新穎的後矽設備（post-silicon devices）已經投入使用，隨著我們的經濟從化石燃料轉向電力，更好的電力電子產品在未來將變得更加重要。在矽供應鏈嚴重扭曲的時候，這些新材料卻蓬勃發展。
2017 年，特斯拉迎來了歷史上的關鍵時刻，一波新材料從實驗室迸發出來。該公司已經發布了兩款成功的豪華車型，但為了成為一家主要的汽車製造商，公司把未來押在了製造一款更便宜、面向大眾的汽車上。
當特斯拉發布 Model 3 時，其在競爭中擁有一個秘密的技術優勢：一種名為碳化矽（SiC）的材料。電動汽車的關鍵部件之一是牽引逆變器（traction inverters），它從電池中提取電力，將其轉換成不同的形式，並輸送給驅動車輪的馬達。為了讓汽車有足夠的動力，牽引逆變器必須輸出數百千瓦的電力。
之前的牽引逆變器是基於矽製成的，但 Model 3 的牽引逆變器是由碳化矽製成的。碳化矽是一種包含矽和碳的化合物。特斯拉所用的碳化矽晶片是由歐洲意法半導體公司（STMicroelectronics）製造的。該公司稱，這種晶片可以將汽車行駛里程增加 10%，同時顯著節省汽車空間和重量，這在汽車設計中是非常寶貴的優勢。「Model 3 的空氣阻力係數和跑車一樣低，」名古屋大學（Nagoya University）負責電動汽車零組件拆卸的工程師山本正芳（Masayoshi Yamamoto）告訴日經亞洲（Nikkei Asia），「縮小的逆變器使其流線型設計成為可能。」
Model 3 大獲成功，這在一定程度上要歸功於其開創性的電力電子產品，並證明了電動汽車可以大規模推廣。同時，這也讓特斯拉成為世界上最有價值的公司之一。
「特斯拉做出了這一了不起的舉動，」法國高科技研究和諮詢公司 Yole Développement 的分析師克雷爾‧特洛阿德克（Claire Troadec）說，他指的是該公司改用碳化矽，「他們在一年半的時間裡所取得的成就真是令人驚歎。」
隨著特斯拉的快速崛起，其他汽車製造商也在積極採取行動，讓自己的車實現電氣化，在很多地方，這是政府的要求。許多公司還計畫著，不僅在牽引逆變器中使用碳化矽，也在其他電子零件中使用碳化矽，如 DC/DC 轉換器。碳化矽的成本比矽高得多，但許多製造商得出的結論是，碳化矽帶來的好處遠遠彌補了更高價格帶來的劣勢。
今年 4 月，半導體製造商 Wolfspeed 在紐約州北部投資 10 億美元開設了一家碳化矽「晶圓廠」，也就是製造廠。這家總部位於北卡羅萊納州的公司與通用汽車（General Motors）等其他買家達成了供貨協定。通用汽車副總裁希爾潘‧阿敏（Shilpan Amin）說，電動汽車的客戶「需要更大的續航里程，而我們將碳化矽視為設計電力電子產品的重要材料。」
紐約州州長凱西‧霍楚（Kathy Hochul）在開幕儀式上對 Wolfspeed 工廠大加讚賞。「有一個很遠的地方叫矽谷，大家都聽過吧？矽谷有點被高估了，」她說，「我想成為第一個歡迎大家來到碳化矽谷的人，因為這就是未來。」
拋開本土因素不提，在可預見的未來，矽將繼續主導價值 5000 億美元的半導體產業，包括處理器和儲存晶片市場。
在每年銷售額約為 200 億美元的電力電子領域，碳化矽正在取得重大進展。據 Yole Développement 預測，到 2027 年，汽車碳化矽的市場規模將從目前的 10 億多美元增加到 50 億美元。
意法半導體高管愛德華多‧梅利（Edoardo Merli）說：「如果沒有碳化矽，我們就不會有如此繁榮的電動汽車市場。」
矽和碳化矽在電子領域都很有用，因為它們是半導體，既可以像金屬一樣是導電體，又可以像大多數塑膠一樣是絕緣體。這種能力使半導體成為電晶體的關鍵材料，而電晶體是現代電子器件的基本組成部分。
碳化矽與矽的不同之處在於，它有一個很寬的帶隙，這意味著碳化矽需要更多的能量才能在兩種狀態之間切換。寬頻隙（WBG）半導體在電力電子領域具有優勢，因為它們可以更有效地傳輸更多的電力。
碳化矽是 WBG 的「老前輩」，作為電晶體材料已經被開發了幾十年。在此期間，工程師們開始使用更新型的 WBG 材料，如氮化鎵（GaN）。在 20 世紀 80 年代，研究人員使用氮化鎵製造了世界上第一個明亮的藍色 LED。藍光由高能光子組成，氮化鎵具有很寬的帶隙，是第一種能夠產生具有足夠能量的光子的半導體。2014 年，三名科學家因這項發明獲得了諾貝爾物理學獎，而這項發明在電視螢幕和燈泡等設備中無處不在。
最近，研究人員開始使用氮化鎵來改進電力電子設備。在過去的幾年中，這種材料在為手機和電腦充電的電源供應器方面取得了商業成果。與使用矽電晶體的傳統電源供應器相比，這些電源供應器更小、更輕、充電更快、效率更高。
加拿大 GaN Systems 公司的首席執行長吉姆‧威瑟姆（Jim Witham）說：「電腦傳統充電器的效率是 90%，而氮化鎵能讓效率提高到 98%。」這家公司為蘋果去年秋天發布的氮化鎵筆電充電器提供電晶體。
Yole Développement 估計，到 2027 年，氮化鎵市場將從今年的 2 億美元增長到 20 億美元。
寬頻隙材料也在其他領域得到了應用。資料中心是出了名的費電，因為它有運算量很大的大型設備。Compuware 是一家為資料中心提供高端電源的供應商，該公司表示，與傳統設備相比，其基於氮化鎵的電源可以減少約 25% 的電力浪費，並減少 20% 的空間佔用，使客戶可以在同一個機架上運行更多的伺服器。該公司還表示，其氮化鎵電源正在世界各地大公司營運的資料中心中使用。
工程師們正在研究使用寬頻隙材料，以更好地利用可再生能源。太陽能電池和風力渦輪機依靠逆變器向家庭或電網供電，許多公司寄希望於氮化鎵比矽做得更好。Enphase 是一家為太陽能裝置提供逆變器的供應商，目前正在測試氮化鎵逆變器，以確保其能夠在惡劣的屋頂天氣條件下使用幾十年。在一項測試中，Enphase 將逆變器放入水下的高壓鍋中，將高壓鍋放入一個密封的容器中，在 21 天的時間裡讓溫度在華氏 185 度到零下 40 度之間波動。如果氮化鎵器件能經受住挑戰，Enphase 聯合創始人拉古‧貝魯爾（Raghu Belur）便計畫快速轉向這種新材料。「行業絕對是朝著這個方向發展的，」他說。
在去年的一次投資者會議上，Enphase 的一位高級工程師給出了一個大膽的預測，他說：「矽的末日到了。」
生產寬頻隙零件的公司基本上避開了導致矽供應鏈緊張的「晶片危機」。在疫情顛覆全球貿易之前，碳化矽和氮化鎵的產量迅速增長，對這兩種材料感興趣的公司與生產商簽訂了供應協定，進展順利。這場危機實際上幫助了寬頻隙半導體的一些製造商：對當前矽危機感到失望的晶片買家已經簽署了長期協議，以避免未來其他材料出現類似的問題。
在公司升級到碳化矽和氮化鎵的同時，研究人員也在開發新的寬頻隙材料，以進一步改善電力電子設備。2012 年，日本國家資訊通信技術研究所（National Institute of Information and Communications Technology）的研究員東垣正孝（Masataka Higashiwaki）宣布了一種很有前景的電晶體。它由氧化鎵製成，這種材料的位元速率度明顯高於碳化矽和氮化鎵。東垣正孝說，由氧化鎵製成的組件比由矽、碳化矽和氮化鎵製成的零件「損耗更低，進而獲得更高的效率」。科學家們在開發這種材料方面取得了快速進展。東垣正孝預計，在未來十年，氧化鎵將開始出現在電動汽車牽引逆變器等產品中。
但創新就是創新，已經有更好的東西在地平線上閃閃發光了。「鑽石是終極的超寬頻隙材料，」特洛阿德克說，雖然要想把這種異常珍貴的寶石變成異常珍貴的半導體，還需要相當長的時間。
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