Mikroelektronika és nanoelektronika

A Moore-törvény szerint az egy chipre helyezhető tranzisztorok száma kétévente megduplázódik. Amióta ezt 1965-ben megjósolták, a félvezetőgyártási technológia fenntartotta ezt a fejlődési ütemet, és forradalmasította az iparágat. A méretcsökkentés üteme azonban lassul, és a mikrométer alatti tartományban gyártott elektronikus alkatrészek gyártásának fő kihívása a tranzisztor kapujának kialakítása, amely a csatornában folyó áramot vezérli. Minél kisebbek az elektronikus alkatrészek, annál nagyobb kihívást jelent a gyártásuk. A fizikai és kvantumhatások megváltoztatják az anyagok tulajdonságait a makroszintről a nanoszintre, befolyásolva az atomok közötti kölcsönhatásokat és a kvantummechanikai tulajdonságokat.

Az innovatív anyagok, a szén nanocsövek, a bór-nitrid nanocsövek, a kvantumpontok és a grafén adalékanyagok megjelenése előremozdította a nanotechnológia és a mikrotechnológia minimalizálását. Ezek és más új anyagok a legapróbb léptékekben is rendkívüli pontossággal alakíthatók és manipulálhatók. Az új technológiák lehetővé teszik az elektronikai anyagok pontos vastagságú, akár atomi szintig terjedő lerakását és rétegezését. A vékonyrétegű félvezető eszközök gyártástechnológiája vezető, félvezető és szigetelő anyagokat használ, hogy nagy mennyiségben és nagyon alacsony költségek mellett fejlett képességeket biztosítson. A nanoelektronika modern gyártási módszerei közé tartoznak a mintázási (litográfia), maratási, vékonyréteg-leválasztási és adalékolási technikák.

A kialakulóban lévő kutatási területek a nanotechnológia és a kvantummechanikai hatások új megközelítéseire összpontosítanak. A molekuláris elektronika egyetlen molekulát használ elektronikus alkatrészként, hogy elektromos kapcsolatot létesítsen ömlesztett méretű elektródákkal. A spintronika vagy spin-transzport elektronika az elektronok spin-tulajdonságát mágneses és elektromos mezőkkel manipulálja, ami spin-polarizált áramot eredményez, amely nagyobb adatátviteli sebességet és nagyobb tárolókapacitást, memóriasűrűséget és feldolgozási teljesítményt biztosít, mint ami pusztán elektromos töltéssel lehetséges.