Фундаментальные ограничения и перспективы развития наноэлектроники

15 января 2019 года для студентов 2-ого курса профессор К.Ю. Арутюнов прочитал обзорную лекцию  о перспективах развития наноэлектроники в современном мире, а также рассказал о работе экспериментальной лаборатории в институте физических проблем РАН.

Все мировые авторитеты в области микро- и нанотехнологий сходятся во мнении, что в самое ближайшее время дальнейшее увеличение степени интеграции коммерческих наноэлектронных изделий перестанет быть возможным. При этом приводятся две основные причины. Первая, чисто технологическая - невозможность эффективного отвода тепла, выделяемого в единице объема (площади) интегральной схемы. Вторая проблема - фундаментальная: при достижении определенных размеров (очень грубая оценка - порядка 10 нм) процесс протекания электрического тока в таких сверхминиатюрных элементах уже не подчиняется законам классической электротехники, и начинают проявляться  качественно новые квантовые явления, нарушающие штатный режим работы устройства.
Если понимать под развитием наноэлектроники исключительно миниатюризацию, то оба фактора однозначно приводят к крайне пессимистическому прогнозу. Однако наряду с негативными явлениями, в наноэлектронных системах сверхмалых размеров начинают проявляться квантовые явления, ведущие к принципиально новым концепциям и открывающие качественно другие горизонты в электронике. В качестве примеров таких устройств можно отметить элементы квантовой логики (qubit); транзистор, не содержащий диэлектрических элементов на эффекте квантового проскальзывания фазы и квантовый эталон электрического тока.