Официальный пуск завода состоялся в апреле 1954 года. Первоначально завод был спроектирован и построен для производства исходного сырья для получения титана – титановой губки. Но уже через 2 года технология титанового производства передается на Запорожский титано-магниевый комбинат, а ПХМЗ перепрофилируется на выпуск полупроводниковых материалов. В 1956 году получены первые монокристаллические слитки германия и кремния. Преимущества кремния по сравнению с германием в приборах силовой и электронной техники (диоды, тиристоры, транзисторы и т.д.) были очевидны, и с 1957 года ПХМЗ выпускает только монокристаллический кремний. Технология и оборудование разрабатывались институтом ГИРЕДМЕТ (г. Москва), который на протяжении всей истории завода остается его практически бессменным проектантом. Для обеспечения производства монокристаллического кремния ПХМЗ создает в 1957 году собственное производство поликристаллического кремния, а в 1961 году - производство синтетических кварцевых тиглей. Следует отметить, что технология изготовления тиглей, основанная на парофазном гидролизе паров тетрахлорида кремния в кислородно-водородной горелке, позволяла получать тигли с чистотой, превышающей мировые достижения. Недостатком этой технологии является невысокая воспроизводимость геометрии тиглей и экологические проблемы по утилизации отходящих хлорсодержащих газов. Кроме того, эта технология имеет ограничения по диаметру выпускаемых тиглей (не более 406 мм). С 2005 года ПХМЗ полностью перешел на технологию производства тиглей методом электро дугового наплава из кварцевой крупки.
Растущие потребности развивающихся в СССР в то время электронной и электротехнической отраслей промышленности требовали соответствующего развития производства монокристаллического кремния. ПХМЗ постоянно занимается реконструкцией и внедрением нового, более высокопроизводительного оборудования, позволяющего, кроме того, получать кремний с новым уровнем качества. Диаметр слитков кремния увеличивается от 30 мм у первых слитков кремния до 40, 60, 80, 100 и, сегодня, до 220 мм. С появлением в СССР производства микросхем ужесточаются требования к монокристаллическому кремнию по содержанию примесей щелочных и тяжелых металлов, по микродефектам решетки кристалла, по однородности объемных электрофизических свойств кремния. Коллектив завода успешно справляется с возникающими проблемами. Большая научная работа, проводимая совместно с институтом ГИРЕДМЕТ и самостоятельно, выводит ПХМЗ в бесспорные лидеры среди заводов такого же профиля производства в СССР (Светловодский завод чистых металлов, Запорожский титано-магниевый комбинат, Красноярский завод цветных металлов, Киргизский горно-металлургический комбинат).
В период с 1968 по 1984 годы ПХМЗ выпускает эпитаксиальные кремниевые структуры типов рр+, рn+, nn+, рn для микросхем с уровнем качества, являвшимся в то время эталоном для других производителей эпитаксиальных структур. Однако развитие микроэлектроники, осваивающей собственное производство эпитаксиальных структур, а также постоянный рост потребности в монокристаллическом кремнии, обусловили закрытие в 1984 году производства эпитаксиальных структур на ПХМЗ с одновременным вводом дополнительных мощностей по производству монокристаллического кремния с удвоением объемов его производства. Ранее, в 1981 году, на заводе введены мощности по производству поликристаллического кремния, самые большие в то время в СССР, обеспечивающие не только собственные потребности с учетом перспектив развития, но и потребности других потребителей.
Значительно больший период по сравнению с эпитаксиальными структурами (с 1969 по 1994 годы) просуществовало на ПХМЗ производство диффузионных р-n переходов на кремниевых пластинах, использовавшихся для производства транзисторов.
С 1966 года и до начала конверсии производств предприятий ВПК (1992 г.) завод осваивает технологии получения особо чистых сурьмы и индия, монокристаллического антимонида индия, р-n переходов на его основе. Эта продукция использовалась для создания приборов ночного видения.
Также, с 1966 года завод выпускал монокристаллы карбида кремния для светодиодов. Однако, в 80-х годах потребности в этой продукции значительно снизились, и производство было закрыто из-за низкой рентабельности.
Монокристаллический кремний выпускался на заводе по двум технологиям - методом Чохральского и методом бестигельной зонной плавки. Кремний, полученный методом Чохральского, использовался в основном, в электронной промышленности, а полученный методом бестигельной зонной плавки - в электротехнической промышленности. Следует отметить, что специалисты ПХМЗ всегда работали в тесном сотрудничестве с потребителями, вникая в нюансы технологии производства полупроводниковых приборов, что позволяло не только оптимизировать требования к качеству кремния, но в ряде случаев давать рекомендации производителям приборов. В истории завода имеется беспрецедентный случай. Когда в СССР создавался первый электровоз, ПХМЗ освоил производство диодов и тиристоров для них. В дальнейшем электротехническая промышленность стала производить эти изделия самостоятельно. В качестве примера тесного сотрудничества с потребителями можно отметить развитие отношений с НПО «ИНТЕГРАЛ» (г. Минск). Совместные работы вывели качество микросхем этого предприятия на уровень, сравнимый с зарубежным. В ИНТЕГРАЛ отправлялось до 40% монокристаллического кремния, производимого ПХМЗ. Прорабатывался вопрос работы по единой сквозной калькуляции - от производства кремния до производства микросхем.
Когда в СССР линии электропередач переводились с переменного тока на постоянный (80-е годы), возникла проблема создания высоковольтных тиристоров с большой площадью р-n переходов и повышенными требованиями по однородности распределения удельного электрического сопротивления. ПХМЗ одним из первых освоил технологию получения нейтронно-легированного кремния, удовлетворяющего указанным требованиям. Облучение кремния нейтронами проводилось на предприятиях, имеющих атомные реакторы.
В 90-х годах на ПХМЗ была разработана оригинальная технология получения нетрадиционно легированного кремния, не имеющая аналогов в мире. Вместо использования высокоомного кремния, полученного бестигельной зонной плавкой, было предложено использовать более дешевый кремний, полученный методом Чохральского, в котором нужное сопротивление в базе транзистора достигалось за счет термодонорного эффекта. Технология изготовления транзистора при использовании такого кремния претерпевала изменения и корректировалась с участием специалистов ПХМЗ. Изготовленные партии транзисторов показали хорошее качество при значительно меньшей цене.
Начиная с 1992 года, в связи с конверсией производств предприятий ВПК, объемы заказов на продукцию ПХМЗ стали резко снижаться. Были закрыты производства сурьмы, индия, антимонида индия. Прервались поставки трихлорсилана, являющегося исходным сырьем для получения поликристаллического кремния. В итоге , в 1996 году выпуск продукции ПХМЗ уменьшился вдвое, а в 2000 году было приостановлено и затем полностью закрыто производство поликристаллического кремния.
В этих условиях завод сумел переориентироваться на зарубежных потребителей, предложив на мировой рынок монокристаллический кремний для солнечной энергетики. Сохранившийся уровень технологии производства монокристаллического кремния для электронной промышленности позволил выпускать «солнечный» кремний высокого качества. Умелая маркетинговая, финансовая и производственная политика нового руководства, возглавившего завод с 2000 года, позволила завоевать уверенную позицию на мировом рынке и войти в 2004 году в тройку лидеров по объемам производства кремния для солнечной энергетике с выпуском около 15% мирового объема "солнечного" кремния.
В настоящее время с учетом потребностей мирового рынка по качеству и количеству монокристаллического кремния для солнечной энергетики ПХМЗ проводит модернизацию ростового оборудования с целью увеличения его производительности и получения слитков диаметром до 220 мм. Для достижения этих же целей заводом в содружестве с российскими предприятиями была создана новая установка для получения монокристаллов кремния PCMP CZ1500/250.
С 2000 года завод освоил и развивает производство резаных пластин из слитков монокристаллического кремния. С 2007 года 60% выпускаемой продукции реализуется в виде резаных пластин. Для резки пластин используется оборудование швейцарской фирмы "НСТ" и чешской фирмы "Themis".
С 2003 года ПХМЗ выпускает в небольшом объеме фотоэлектрические преобразователи на производстве, расположенном в г. Орле.
