Все описанные эффекты ухудшают характеристики широко распространенных полевых МОП-транзисторов (как обычных, так и неклассических) и наглядно демонстрируют, что возможности стандартных методов уменьшения размеров полупроводниковых устройств практически исчерпаны. На первый взгляд может показаться, что общее направление или, образно говоря, «путеводитель» развития полупроводниковой техники заканчиваются тупиком (связанным с фундаментальными законами природы). Однако к будущему стоит относиться с оптимизмом, если вспомнить, что за последние десятилетия физики неожиданно для себя «натыкались» или целенаправленно открыли множество совершенно неожиданных и интересных явлений и закономерностей на границе микромира, которые позволяют создавать устройства и структуры, работающие на новых принципах. Иными словами, развитие полупроводниковой техники привело ученых к пределам применимости старых технологий, но одновременно открыло перед ними принципиально иные возможности миниатюризации и совершенствования устройств, о чем рассказывается ниже.
Выше уже отмечалось, что по мере того как характерные размеры полупроводниковых устройств уменьшались до нескольких десятков нанометров или даже дальше, физические механизмы и законы, управляющие работой этих устройств, значительно усложнялись. Это не должно удивлять читателя, так как с уменьшением размеров физическая картина требует все более детального описания. Действительно, в макроскопических электротехнических приборах протекание тока напоминает обычный поток непрерывной среды, элементами которой выступают заряженные частицы. Аналогия является настолько полной, что движение такого потока описывается привычными уравнениями гидродинамики жидких сред. С физической точки зрения понятно, что гидродинамическая модель теряет смысл при очень малых масштабах рассматриваемых процессов, и в наносистемах мы должны переходить к рассмотрению дискретных сред вместо непрерывных, то есть описывать электроны в виде отдельных частиц и учитывать особенности их индивидуального поведения.
Переход к созданию и производству так называемых одноэлектронных устройств, естественно, должен приводить к нежелательному снижению их уровня надежности и стандартности характеристик из-за возможности случайных флуктуаций и сложности процессов контроля. С другой стороны, именно эти трудности как бы заранее определяют некоторые грядущие границы применимости наноэлектроники вообще, что будет рассмотрено ниже.
Другое принципиальное отличие наноустройств от их макроскопических аналогов связано с тем, что на малых расстояниях начинают действовать законы квантовой механики. Поведение частиц при этом характеризуется четко выраженным корпускулярно-волновым дуализмом (то есть одновременным проявлением свойств волн и частиц), причем важнейшим характерным размером для определения границ применимости классической теории к описанию движения электрона является так называемая длина волны де-Бройля. Если электрон вступает во взаимодействие с какой-либо структурой, имеющей близкие к этой длине размеры, то его поведение следует описывать скорее методами оптики (а не классической динамики!), то есть в описание должны входить и такие чисто оптические эффекты, как дифракция, интерференция, квантование движения, туннелирование через энергетический барьер и т. п. Естественно, что учет таких явлений принципиально изменяет привычное физическое описание процессов переноса, основанное на законах гидродинамики. Особое значение приобретает и тот факт, что при некоторых условиях волновые свойства электрона могут длительное время сохраняться и на больших расстояниях или в крупных структурах, что заставляет с особым вниманием относиться к когерентности электронных «волн».
