Dopo la laurea Federico torna a lavorare in un'azienda che rappresenta in Italia i prodotti di General Micro electronics, la prima al mondo specializzata nella tecnologia MOS. Da qui sarà subito mandato in California a seguire un corso proprio su questa tecnologia.
Una fortuna, perché quando l’azienda chiude si ritrova con le giuste conoscenze per lavorare presso un'altra azienda, l'unica che produce semiconduttori, una joint venture fra Fairchild e SGS. La frequentazione di un nuovo stage presso la prima lo riporterà in California, dove resterà anche quando la joint venture italiana finirà.
Presso l'azienda fondata da Gordon Moore e altri ex collaboratori del Premio Nobel per la Fisica William Shockley, Faggin lavorerà allo sviluppo dell'originale MOS Silicon Gate, la prima tecnologia di processo del mondo per la fabbricazione di circuiti integrati, e a molti altri progetti avanzati.