材料創新一直是半導體產業中重要的一環。過去，最重要的是極介電質。現在，則是鈷成為在半導體中段製程觸點中替代鎢的重要元素。
2004年發現的石墨烯，是迄今最輕薄但最強大的材料。它是碳的一個原子層，它比鋼更強勁200倍，同時也是人類已知最輕薄的材料每平方公尺的重量約0.77毫克。它同時也是室溫下的理想導電和導熱體。
由於石墨烯是一個原子層，因此既柔軟且透明。它還能在可見光與近紅外線頻譜範圍展現均勻吸收光的能力，而且適用於自旋電子元件。
針對即將出現的新半導體制程節點，石墨烯將在其先進封裝與互連材料方面發揮重要作用。
在3DIC封裝中，石墨烯可作為散熱片，用於降低整體熱阻，或作為屏蔽，以降低串擾。
主動式石墨烯元件層可經由低溫轉換製程彼此堆疊，實現支援近記憶體運算的高密度異質元件。這是目前美國國防部先進計劃署目前正積極研究的一個領域，同時也是其15億美元電子振興計劃的一部份。
離子布植技術發展之初，半導體產業當時的主流觀點並不看好這種技術實際可行，就算它能起什麼作用，也只是略微提高現有產品的製造產量。
從核子物理研究轉移離子轟擊技術到半導體生產並不明顯。
後來，英國物理學家羅斯主導的公司打造了一種新的先進離子布植工具，美國德州製造商已經用它製造出具有競爭優勢。雙方的成功合作是離子布植髮展成為主要的半導體制程之轉折點。
同樣地，石墨烯產業也必須與半導體產業密切合作，共同開發足以克服石墨烯挑戰的工具和技術。唯有如此，我們才能完全實現包含這種2D材料的未來。
石墨烯的挑戰包括在大面積上生長具有良好均勻性的材料。此外，如何以CMOS相容方式轉移石墨烯以及實現高吞吐量等方面也存在需要解決的問題。
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