Για τους περισσότερους ανθρώπους που γνωρίζουν τον όρο «νανοτεχνολογία», η χρήση της στην κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων προδιαθέτει για κάτι εξαιρετικά φουτουριστικό. Στην πραγματικότητα, αν χρησιμοποιείτε προσωπικό ηλεκτρονικό υπολογιστή που κατασκευάστηκε τα τελευταία χρόνια, τότε οι πληροφορίες και οι εντολές που του δίνετε υπόκεινται σε επεξεργασία από ημιαγωγούς κατασκευασμένους με στοιχεία διαστάσεων νανοκλίμακας. Οι εξαιρετικά πολύπλοκοι μικροεπεξεργαστές, που βρίσκονται στην καρδιά των σύγχρονων προσωπικών υπολογιστών, μάλλον θα έπρεπε πια να λέγονται νανοεπεξεργαστές.

Οι πρόοδοι των τελευταίων ετών στον τομέα της κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (τσιπ) υπερυψηλής ολοκλήρωσης είναι οπωσδήποτε εντυπωσιακές, αλλά πρόκειται πραγματικά για νανοτεχνολογία; Ο πιο διαδεδομένος ορισμός για την έννοια αυτής της λέξης είναι τεχνολογία που αφορά αντικείμενα με διαστάσεις μικρότερες από 100 νανόμετρα (1 νανόμετρο είναι ίσο με ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου). Με αυτή την έννοια, οι νέες τεχνικές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και το αποτέλεσμά τους οπωσδήποτε είναι νανοτεχνολογία. Τα πρώτα τρανζίστορ κάτω από το όριο των 100 νανόμετρων (nm) άρχισαν να παράγονται ήδη από το 2000. Τα τρανζίστορ στους μικροεπεξεργαστές του 2004 έχουν μέγεθος μόλις 50 nm, δηλαδή περίπου ένα χιλιοστό της διαμέτρου της ανθρώπινης τρίχας!

Με τόσο μικρά συστατικά στοιχεία, είναι δυνατή η τοποθέτηση μεγάλου αριθμού απ' αυτά σε ένα μικροσκοπικό συμπαγές πακέτο. Αλλά η ελάττωση του καταλαμβανόμενου χώρου δεν είναι ο βασικός στόχος της τάσης προς τη σμίκρυνση. Ο κυριότερος λόγος είναι ότι έτσι μειώνεται το κόστος του κάθε τρανζίστορ, ενώ ταυτόχρονα αυξάνεται η ταχύτητά του και μικραίνει η κατανάλωση ρεύματος και η εκπομπή θερμότητας. Κατ' αυτόν τον τρόπο, οι μικροεπεξεργαστές μπορούν να έχουν περισσότερα τρανζίστορ και να είναι πιο γρήγοροι και λιγότερο ενεργειοβόροι.

Η επιθυμία για αύξηση του αριθμού των τρανζίστορ στα ολοκληρωμένα κυκλώματα και η αύξηση της ταχύτητας λειτουργίας τους, εξηγεί γιατί η βιομηχανία ημιαγωγών με το πέρασμα στη νέα χιλιετία έκανε το άλμα από τα μικροτσίπ, στα νανοτσίπ. Το πώς πέρασε αθόρυβα αυτό το ορόσημο και συνεχίζει να προχωρά, είναι αποτέλεσμα της επινοητικότητας των επιστημόνων και τεχνικών, που έρχονται διαρκώς αντιμέτωποι με τις νέες μεγάλες τεχνικές προκλήσεις.

Τα προβλήματα ξεκινούν από την κατασκευή του υποστρώματος πυριτίου. Παλιότερα κατασκευάζονταν κυλινδρικές ράβδοι μονοκρυσταλλικού πυριτίου με ανάπτυξη από μικρό κρύσταλλο εμβαπτισμένο σε καθαρό λιωμένο πυρίτιο. Στη συνέχεια, οι ράβδοι κόβονταν σε φέτες, δηλαδή τα πλακίδια πάνω στα οποία σχηματίζονται μετά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Πλησιάζοντας τον κόσμο των νανόμετρων, αυτή η μέθοδος έπαψε να είναι αποτελεσματική, γιατί άρχισαν να δημιουργούν προβλήματα τα μικροσκοπικά ελαττώματα του μονοκρυστάλλου. Ετσι, εφευρέθηκε η επεξεργασία των πλακιδίων με εναπόθεση ενός λεπτού στρώματος μονοκρυσταλλικού πυριτίου πάνω τους, κατά την έκθεσή τους σε ατμούς πυριτίου. Η παραπέρα σμίκρυνση απαίτησε νέα τεχνική και έτσι αναπτύχθηκε η τεχνική πυριτίου πάνω σε μονωτή, που μειώνει τη χωρητικότητα των τρανζίστορ, με αποτέλεσμα την αύξηση της ταχύτητας λειτουργίας τους (κατά 30%) και τη μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Παράλληλα, οι τεχνικοί πρέπει να βρίσκουν ολοένα και νέους τρόπους για την πραγματοποίηση της φωτολιθογραφικής διαδικασίας. Αρχικά εφευρέθηκε μια έξυπνη τεχνική, ώστε να παρακαμφθεί ως ένα σημείο το φυσικό όριο που βάζει το μήκος κύματος του υπεριώδους φωτός που χρησιμοποιείται για να αποτυπώνεται η μάσκα με το σχέδιο του κυκλώματος πάνω στο πλακίδιο πυριτίου. Αποτύπωση που γίνεται με μια πολύπλοκη τεχνική με χρήση ακτίνων λέιζερ, καθρεφτών, πλάσματος του στοιχείου ξένον κτλ., αφού η αποτύπωση μέσω φακών αποκλείεται λόγω απορρόφησης των υπεριωδών ακτίνων από όλα τα υλικά. Τώρα, που για να προχωρήσουν σε σμίκρυνση κάτω από τα 50 nm, το μήκος κύματος πρέπει οπωσδήποτε να ελαττωθεί, περνώντας ουσιαστικά από τις υπεριώδεις στις «μαλακές» ακτίνες Χ, νέες τεχνικές πρέπει να αναπτυχθούν για την πραγματοποίηση της φωτολιθογραφίας.

Εξυπνες τεχνικές πρέπει να εφευρίσκονται και για άλλα προβλήματα, όπως της μικροκαλωδίωσης μέσα στο ολοκληρωμένο κύκλωμα, τον απόλυτο καθαρισμό του φωτοανθεκτικού υλικού κτλ. Στο δρόμο προς τα τρανζίστορ μονοατομικού ή μονομοριακού στρώματος (αν γίνουν εφικτά) μένει να αντιμετωπιστούν πολλά νέα και ακόμα μεγαλύτερα προβλήματα. Οταν ξαναχρησιμοποιήσουμε ηλεκτρονικό υπολογιστή, ας σκεφτούμε για μια στιγμή πόση δουλιά και πόση εφευρετικότητα, βασισμένη - σε τελευταία ανάλυση - στη συλλογική γνώση της ανθρωπότητας, βρίσκεται κλεισμένη μέσα σ' αυτά τα μικρά τετράγωνα πλακίδια, που λέγονται μικροεπεξεργαστές.