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先不論成本優勢的面向
科技面上電晶體的密度如何提升仍是需要解決的課題
目前世界積極研究的方向有
晶片製造技術
封裝技術
材料開發
晶片製造技術
代工廠正在加緊各自5nm製程的市場進程；另一方面，下游晶片商又必須在基於5nm製程設計下一代晶片，還是轉向3nm或更先進節點之間做出決定。
這就可能影響到在3nm節點是延續現有的FinFET技術發展，還是在3nm或2nm節點採用最新的環閘電晶體(GAAFET)技術。GAAFET是從FinFET演變而來，這種新電晶體可提供更好的性能，但是難以製造、價格昂貴，因此遷移到這個技術就可能很痛苦。從好的方面來說，業界正在開發新的蝕刻、圖案化等技術，以幫助向這些節點發展鋪平道路。
GAAFET推出的時間表可能因代工廠而異。三星和台積電都採用FinFET生產7nm，也都採用FinFET過渡到5nm，這些製程節點可同時實現速度和功耗的改進。但是到未來的3nm，三星計畫轉移到奈米片(Nanosheet) FET之類的GAAFET技術。同時，台積電則計畫首先在3nm推出FinFET，然後在3nm的後期或2nm推出GAAFET。台積電將FinFET延續到3nm的舉動合乎邏輯——轉向新電晶體可能為客戶帶來潛在的干擾，但最終FinFET就是行不通了，所以台積電後續只能轉移到GAAFET技術。
高階封裝
所有高階製程都很燒錢，而且並非所有晶片都需要3nm等高階製程。實際上，由於成本不斷上升，許多人都在探索其他方案。獲得擴展優勢的另一種方法是將高階晶片整合到同一個封裝中，多家公司都在開發新的高階封裝類型，例如2.5D、3D IC、Chiplrt和扇出
材料發展
台積電表示，預計2024年量產2nm製程，如果能夠成功量產，那麼意味著半導體生產技術在現有的條件下降逼近物理極限。未來是繼續最佳化還是走向其他路線，都要由2nm技術實現的進度來定。
1.GaN、SiC
目前最夯的第三代半導體GaN、SiC已經能夠規模量產，且被視為摩爾定律的後繼力量，憑藉其寬能係、高熱導率、高擊穿電場、高抗輻射能力等特點，在許多應用領域擁有前兩代半導體材料無法比擬的優點，有望突破第一、二代半導體材料應用技術的發展瓶頸，市場應用潛力巨大。
2.石墨烯
石墨烯被視為是一種夢幻材料，它具有很強的導電性、可彎折、強度高，這些特性可以被應用於各個領域中，甚至具有改變未來世界的潛力，也有不少人把它當成是取代矽，成為未來的半導體材料。但是真正把它應用於半導體領域，還需要克服不少的困難。
其一，因為石墨烯本身的導電性能太好，它沒有能隙，也就是只能開，而不能關，這樣不能實現邏輯電路。如果要利用石墨烯來製造半導體元件，需要在不破壞石墨烯本身特有的屬性下，在石墨烯上面植入一個能隙。目前已經有不少針對這方面的研究，但要真正解決這個問題還有待時日。
其二，因為石墨烯邊緣的六元環並不穩定，容易形成五元環或七元環，往往獲取的石墨烯是多個畸形環所連成的多晶，從而影響本身的特性，這樣生產出來的石墨烯就喪失了作為材料的意義了。
3.矽烯
因為矽和碳具有相似的化學性質，研究人推測矽原子也可以像石墨烯那樣，原子呈蜂窩狀排列，形成矽烯這種物質。矽烯相比於石墨烯的重要不同，就是矽烯擁有可以實現邏輯電路所必要的能隙。在空氣中，矽烯具有極強的不穩定性，即使在實驗室中，矽烯的保存時間也很短。如果要製作矽烯電晶體，還需要嘗試透過添加保護塗層等手段，保證矽烯不會變性，才可能應用於實際當中。
4.奈米碳管
碳奈米電晶體是由奈米碳管作為溝道導電材料製作而成的電晶體，其管壁只有一個原子厚，這種材料不僅導電性能好，而且體積能做到比現在的矽電晶體小100倍。另外，奈米碳管電晶體的超小空間使得它能夠快速改變流經它的電流方向，因此能達到5倍於矽電晶體的速度或能耗只有矽電晶體的1/5。但按照傳統的做法，奈米碳管內通常會混雜一些金屬奈米管，但是這些金屬奈米管會造成電子裝置短路，從而破壞奈米碳管的導電性能。大概在2016年9月左右，威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的研究人員另闢蹊徑，他們利用聚合物取代了幾乎所有的金屬奈米管，將金屬奈米管的含量降到0.01%以下，這樣的做法大大提升了導電性能。北京大學電子系教授彭練矛帶領團隊也於2017年初就成功使用新材料奈米碳管製造出晶片的核心元元件——電晶體，其工作速度比英特爾最先進的14nm商用矽材料電晶體快3倍，能耗只有其四分之一。
5.二硫化鉬
二硫化鉬和奈米碳管一起已被勞倫斯柏克萊國家實驗室用來成功研發1nm製程，不同於矽，流過二硫化鉬的電子變重，在門電路長度在1nm時也能對電晶體內的電流進行控制。
另一方面因為採用二硫化鉬做為半導體材料，但光刻技術還跟不上相應水準，所以實驗室團隊採用空心圓柱管直徑只有1nm的奈米碳管。這種奈米碳管和二硫化鉬製成的閘極正好可以有效控制電子，避免「量子隧穿效應」發生。
6.III-V族化合物半導體
III-V族化合物半導體是以III-V化合物取代FinFET上的矽鰭片，與矽相比，由於III-V化合物半導體擁有更大的能隙和更高的電子遷移率，因此新材料可以承受更高的工作溫度和運作在更高的頻率下。
比起其他替代材料，III-V族化合物半導體沒有明顯的物理缺陷，而且跟目前的矽晶片製程相似，很多現有的技術都可以應用到新材料上。目前需要解決的最大問題，恐怕就是如何提高晶圓產量並降低製程成本了。
7.二維原子晶體材料
二維原子晶體材料簡稱二維材料，因載流子遷移和熱量擴散都被限制在二維平面內，使得相關元件擁有了較高的開關比、超薄溝道、超低功耗而受到了廣泛關注。
與此同時，二維材料卻又因為在大面積高品質薄膜及異質結構的可控生長、發光元件效率較低、高性能二維元件製備及系統整合製程上遇到了瓶頸，也使得相關從業者在這些方面上展開了研究。伴隨著研究的深入，二維材料由於其能隙可調的特性，使之在場效應管、光電元件、熱電元件等領域應用廣泛。
1.GaN、SiC
目前最夯的第三代半導體GaN、SiC已經能夠規模量產，且被視為摩爾定律的後繼力量，憑藉其寬能係、高熱導率、高擊穿電場、高抗輻射能力等特點，在許多應用領域擁有前兩代半導體材料無法比擬的優點，有望突破第一、二代半導體材料應用技術的發展瓶頸，市場應用潛力巨大。
2.石墨烯
石墨烯被視為是一種夢幻材料，它具有很強的導電性、可彎折、強度高，這些特性可以被應用於各個領域中，甚至具有改變未來世界的潛力，也有不少人把它當成是取代矽，成為未來的半導體材料。但是真正把它應用於半導體領域，還需要克服不少的困難。
其一，因為石墨烯本身的導電性能太好，它沒有能隙，也就是只能開，而不能關，這樣不能實現邏輯電路。如果要利用石墨烯來製造半導體元件，需要在不破壞石墨烯本身特有的屬性下，在石墨烯上面植入一個能隙。目前已經有不少針對這方面的研究，但要真正解決這個問題還有待時日。
其二，因為石墨烯邊緣的六元環並不穩定，容易形成五元環或七元環，往往獲取的石墨烯是多個畸形環所連成的多晶，從而影響本身的特性，這樣生產出來的石墨烯就喪失了作為材料的意義了。
3.矽烯
因為矽和碳具有相似的化學性質，研究人推測矽原子也可以像石墨烯那樣，原子呈蜂窩狀排列，形成矽烯這種物質。矽烯相比於石墨烯的重要不同，就是矽烯擁有可以實現邏輯電路所必要的能隙。在空氣中，矽烯具有極強的不穩定性，即使在實驗室中，矽烯的保存時間也很短。如果要製作矽烯電晶體，還需要嘗試透過添加保護塗層等手段，保證矽烯不會變性，才可能應用於實際當中。
4.奈米碳管
碳奈米電晶體是由奈米碳管作為溝道導電材料製作而成的電晶體，其管壁只有一個原子厚，這種材料不僅導電性能好，而且體積能做到比現在的矽電晶體小100倍。另外，奈米碳管電晶體的超小空間使得它能夠快速改變流經它的電流方向，因此能達到5倍於矽電晶體的速度或能耗只有矽電晶體的1/5。但按照傳統的做法，奈米碳管內通常會混雜一些金屬奈米管，但是這些金屬奈米管會造成電子裝置短路，從而破壞奈米碳管的導電性能。大概在2016年9月左右，威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的研究人員另闢蹊徑，他們利用聚合物取代了幾乎所有的金屬奈米管，將金屬奈米管的含量降到0.01%以下，這樣的做法大大提升了導電性能。北京大學電子系教授彭練矛帶領團隊也於2017年初就成功使用新材料奈米碳管製造出晶片的核心元元件——電晶體，其工作速度比英特爾最先進的14nm商用矽材料電晶體快3倍，能耗只有其四分之一。
5.二硫化鉬
二硫化鉬和奈米碳管一起已被勞倫斯柏克萊國家實驗室用來成功研發1nm製程，不同於矽，流過二硫化鉬的電子變重，在門電路長度在1nm時也能對電晶體內的電流進行控制。
另一方面因為採用二硫化鉬做為半導體材料，但光刻技術還跟不上相應水準，所以實驗室團隊採用空心圓柱管直徑只有1nm的奈米碳管。這種奈米碳管和二硫化鉬製成的閘極正好可以有效控制電子，避免「量子隧穿效應」發生。
6.III-V族化合物半導體
III-V族化合物半導體是以III-V化合物取代FinFET上的矽鰭片，與矽相比，由於III-V化合物半導體擁有更大的能隙和更高的電子遷移率，因此新材料可以承受更高的工作溫度和運作在更高的頻率下。
比起其他替代材料，III-V族化合物半導體沒有明顯的物理缺陷，而且跟目前的矽晶片製程相似，很多現有的技術都可以應用到新材料上。目前需要解決的最大問題，恐怕就是如何提高晶圓產量並降低製程成本了。
7.二維原子晶體材料
二維原子晶體材料簡稱二維材料，因載流子遷移和熱量擴散都被限制在二維平面內，使得相關元件擁有了較高的開關比、超薄溝道、超低功耗而受到了廣泛關注。
與此同時，二維材料卻又因為在大面積高品質薄膜及異質結構的可控生長、發光元件效率較低、高性能二維元件製備及系統整合製程上遇到了瓶頸，也使得相關從業者在這些方面上展開了研究。伴隨著研究的深入，二維材料由於其能隙可調的特性，使之在場效應管、光電元件、熱電元件等領域應用廣泛。
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