硅片是制作晶体管集成电路的原料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成各种半导体器件，用硅片制成的芯片有着惊人的运算能力。自动化和计算机等科学技术的发展不断推动着半导体的发展，使硅片这种高科技产品的造价已降到十分低廉的程度。由于半导体单晶硅为圆形，因此又称硅晶圆。
硅片的原材料是石英，也就是通常说的沙子，可以直接在自然界开采。硅有晶态和无定形两种同素异形体。常用的晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。硅元素以二氧化硅和硅盐酸的形式大量存在于沙子、岩石、矿物质中，将沙子、矿石中的二氧化硅经过高温纯化后可得到纯度为98%以上的冶金级硅，将粉碎的冶金级硅与气态氯化氢进行化学反应，生成液态的硅烷，再通过蒸馏和化学还原工艺，最终得到纯度达99.9999999%（9个9）以上的电子级多晶硅，硅晶圆厂商再将电子级多晶硅加工成硅片。
单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅，多晶硅可作拉制单晶硅的原料。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。因此，单晶硅是目前制造高质量硅片的核心原材料。
硅片是半导体和光伏领域上游重要材料，光伏硅片和半导体硅片的主要区别在于纯净度要求不同。光伏级硅片纯度要达到“6-8个9”，即99.999999%；而半导体级硅片纯度要达到“9-11个9”，即99.%。光伏级硅片和半导体级硅片的主要差异集中在纯净度上，半导体级别硅片可以理解为要求更高的光伏硅片。
其中，半导体硅片制造技术较难、下游应用广泛、市场价值较高，为硅片主要应用领域。硅片是半导体产业链的起点，贯通了整个芯片制造的前道和后道工艺，没有硅片半导体行业将如无源之水。硅片的产量和质量直接制约整个半导体产业，及更下游的通信、汽车、计算机等众多行业的发展，是制造芯片的关键材料。半导体级硅材料的应用领域为集成电路、分立器件、传感器。集成电路：可细分为逻辑芯片、存储芯片、微处理器、模拟芯片等应用领域。分立器件：可细分为二极管、三极管、晶闸管、功率器件等应用领域，其中集成电路市场占比最高，占整个半导体领域市场的80％以上。
半导体材料是指在常温下导电能力介于绝缘体和导体之间的材料，具有热敏特性、光电特性、导电特性、掺杂特性、整流特性等优良的物理化学属性。
其发展历程可大致分为三代，第一代半导体材料以硅基半导体为首，工艺技术成熟，成本稳定，自然界原始储备丰富，在分立器件、集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、航空、新能源、硅光伏产业得到广泛应用。随着科技发展，硅材料遇到物理极限，无法满足现代高规格电子产品对高温、高功率、高压、高频率以及抗辐射等恶劣条件的新要求，因此，具备对应优势的化合物材料开始导入半导体应用。
第二代半导体材料以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表，主要具有高电子迁移率，高光电转换效率的特点，用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，广泛应用于卫星通讯、移动通讯、发光二极管、太阳能电池和GPS导航系统等领域。
第三代半导体材料主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、硒化锌（ZnSe）等，因其禁带宽度较大，又被称为宽禁带半导体材料，具有宽禁带度，高击穿电场、高热导率、高电子饱和速度，耐辐射的特点，广泛应用于高电压、高功率、高频等领域，如半导体照明、电力电子器件、激光器、探测器、无线通信等。
化合物材料一般采用硅作衬底（碳化硅除外，碳化硅一般也用作衬底材料），硅和化合物材料属于共存共生，将硅基衬底生长的化合物外延片，应用于光电子、射频、功率等具备高频、高压、高功率特性器件。三代半导体材料之间并非替代关系而是在部分运用领域存在相似特性，在运用领域根据产品具体的特性要求，选择的半导体材料也不尽相同，其综合性能及性价比各有所长。
第二代GaAs、InP等半导体化合材料的原料稀缺，需通过合成形成，价格相对较高，并且对环境危害性较大，使得其难以被更广泛应用，局限性较大，逐渐被第三代半导体材料取代。然而，氮化镓（GaN）单晶价格高昂，2英寸GaN单晶售价高达2万多元，是同面积硅材料的数十倍；因此，在第三代半导体材料相关的商业方案中，通常采用硅基氮化镓外延片（在硅衬底上外延生长氮化镓），可以大幅降低GaN的采用成本，满足主流市场的应用需求。
硅的主要优势有以下几个方面。一是硅的储量丰富、成本低、具经济规模。硅是地壳中含量最丰富的元素之一，占地壳元素含量的27.7%，占地球全部元素含量的15.1%，获取材料容易。二是提炼单晶硅技术成熟。硅片的制作技术从1970年的2英寸晶圆进步至2000年的12英寸晶圆，2010年行业甚至做出18英寸的硅片，但是因不具经济效益而未大规模采用，却也显示硅片的制作技术相当成熟。三是二氧化硅薄膜生成容易、提高元件可靠性。硅材料可以通过加热的方式生成二氧化硅层，可以有效保护硅的表面并作为绝缘体防止半导体的漏电现象，提高半导体元件的稳定性和可靠性。
目前即使在5G/IoT/AI等技术导入下，硅衬底的化合物材料也能满足射频芯片、功率器件对高频、高压、高功率的的需求，而且更具有经济效益；在目前的电子产品应用中，仅有军工、安防、航天等少部分需要超高规格的应用领域，才需采用化合物单晶材料。因此，硅材料在未来十年的技术革新下，将维持主流半导体材料的地位，朝向硅自主材料和硅衬底化合物两条路经发展，硅片作为半导体材料基石地位不可撼动。
根据硅片尺寸分类，一般以直径区分规格，通常有6英寸（150nm）、8英寸（200nm）、12英寸（300nm）等。从1965年首次生产2英寸硅片到2000年12英寸硅片实现量产，半导体硅片向大尺寸方向不断发展。半导体的生产成本和效率与硅片尺寸直接相关，硅片直径的提升可降低单位芯片的平均生产成本，在相同工艺的条件下，12英寸硅片可使用率8英寸硅片的2.25倍,进而提供更高的规模经济效益。但大尺寸硅片由于纯度较高，技术研发与规模化生产难度高，需要对生产工艺改进并且对设备性能进行提升，同样会给生产商带来更高的成本投入。
上世纪80年代4英寸硅片是主流，90年代主流为6英寸硅片，2000年代主流为8寸硅片。当前全球硅片市场最主流的产品是8英寸硅片和12英寸硅片。2020年，8英寸与12英寸硅片占硅片总体市场份额分别为23.94%和69.15%，占比合计超过90%。
从应用层面来讲，12英寸硅片通常用于90nm以下半导体制程：需求来源于逻辑芯片（CPU、GPU）、存储芯片、FPGA与ASIC等高端领域。8英寸硅片通常用于90nm以上半导体制程，需求来源于功率器件、电源管理器、MEMS、显示驱动与指纹识别芯片领域。硅片尺寸朝向12英寸演进为主流趋势,但8英寸硅片依然具有应用优势：硅片尺寸越大，可制造芯片数量就越多，使得单位芯片成本下降，因此全球先进制程皆采用12英寸硅片；但是，8英寸需求量也同时增长；在部分功率器件和传感器领域，8英寸硅片的经济效益较高，且技术革新使部分6英寸硅片升级采用8英寸硅片。
12英寸硅片的下一站是18英寸（450mm）硅片，半导体硅片尺寸越大，对半导体硅片的生产技术、设备、材料、工艺的要求越高，但由于设备研发难度较高，工厂需要投资额较大，且18英寸硅片相比于12英寸硅片性能效率提升不明显，目前制造厂对于18寸的推动力不大，未来预期硅片市场以12英寸为主，
根据硅片应用场景分类，硅片主要可分为正片、陪片。陪片按功能又分为测试片、挡片和控片。正片可以在晶圆制造中直接使用；测试片是用来实验和检查制造设备运行初期的状态，以改善其稳定性；挡片是用于新产线的调试以及在晶圆生产过程中对正片的保护；控片是在正式生产前对新工艺测试和监控良率。
挡片和控片是由晶棒两侧品质较差部分切割来的，用于暖机、填充空缺、测试生产设备的工艺状态或某一工艺的质量状况。为了提高产品质量、监控正式生产过程中的工艺精度及良率，需要在晶圆正片生产过程中插入控片增加监控频率。65nm制程中每投10片正片需要加6片挡控片，28nm及以下制程中每投10片正片需要加15-20片挡控片。由于挡控片作为辅助生产材料耗费量巨大，晶圆厂将其经过抛光研磨等工序后再利用。挡片的重复使用次数有上限，一旦超过门限值就只能用作光伏级硅片使用。控片情况较为特殊，用在某些特殊制程工艺中的控片直接报废，不可重复利用。可重复回收利用的挡控片又称可再生硅片。
晶格无缺陷的半导体晶体在绝对零度下为绝缘体，其导电性能严重依赖温度，掺杂能让半导体材料发挥出真正的价值。掺杂是指为控制半导体的性质，人为掺入杂质的工艺过程，在四价的半导体内加入导电的元素，比如在硅中加入硼、磷、砷和锑等掺杂剂来降低电阻，提高导电性，加入的愈多，半导体材料的导电性越强。当掺杂剂非常多的时候，它的电阻率自然就小于0.01，达到这个范围，那就是重掺。轻掺的掺杂剂非常少，让电阻率变大在0.01-0.001，这样为轻掺。因。
