a. Cụng nghệ silicium + Giới hạn về nhiệt động
Ở nhiệt độ hoạt động của vi mạch, cỏc điện tử chịu dao động nhiệt với năng lƣợng khoảng 30 meV. Do đú thế tỏc động phải lớn hơn 10x30mV = 0,3V. Nếu tớnh đến điện trƣờng tới hạn phun diện tử vào trong lớp oxit thỡ độ dày tối thiểu của lớp oxit phải là 2nm.
+ Giới hạn về phƣơng diện điện
Trong một transistor cú cửa ngắn, điện trƣờng tại đú rất cao, cú thể đạt đến điện
trƣờng tới hạn. Điện trƣờng này cú thể phỏ hủy lớp oxit ở cửa, do vậy nú khụng cũn khả năng tải dũng. Để trỏnh hiện tƣợng đú, cửa phải cú độ dài tối thiểu 0,16μm để cú thể chịu đƣợc thế phõn cực 0,5V.
+ Giới hạn về lƣợng tử
Chiều dày của lớp oxit nhỏ hơn một giỏ trị nào đú thỡ nú sẽ khụng cũn là một lớp cỏch điện mà trỏi lại nú sẽ cho dũng điện đi qua nhờ hiệu ứng lƣợng tử đƣờng ngầm. Chiều dày này vào khoảng 5nm. Do đú để trỏnh hiệu ứng này cửa phải cú chiều dày
Loại vi mạch Số lƣợng chức năng Số lƣợng transistor
SSI 2 đến 20 100
MSI 20 đến 100 500
LSI 100 đến 50000 100000
VLSI 50000 đến 100000 2500000
0,25μm.
+ Thời gian truyền
Thời gian truyền quyết định độ nhanh của một vi mạch. Kớch thƣớc của nú càng ngắn thỡ thời gian truyền sẽ càng ngắn.
+ Dõy nối và chất lƣợng của vi mạch
Trong mỗi vi mạch đụi khi sử dụng một, hai hoặc ba cấp dõy nối. Cỏc vật liệu cú điện trở suất nhỏ cũng cú thể thay thế cho cỏc dõy nối bằng nhụm. Chiều dài của cỏc dõy nối làm tăng thời gian truyền. Ngƣời ta xỏc định rằng diện tớch bề mặt của cỏc dõy nối lớn hơn rất nhiều diện tớch bề mặt của cỏc linh kiện tớch cực.
Việc tăng mức độ tớch hợp dẫn đến vấn đề tớch nhiệt trong cỏc vi mạch. Hiện nay giới hạn nhiệt độ là 1W/cm2 thỡ chƣa cần đến hộp toả nhiệt. Ngƣời ta dự định dựng
cỏc vỏ toả nhiệt bằng feon cú thể làm lạnh đến nhiệt độ -400C.
b. Cụng nghệ Acsenic Gali
Đƣợc sử dụng để sản xuất cỏc linh kiện siờu cao tần và cỏc linh kiện quang điện tử, bởi vỡ trong vật liệu này điện tử cú vận tốc chuyển động định hƣớng và độ linh động rất cao. Hai transistor cú cựng kớch thƣớc thỡ transistor GaAs hoạt động nhanh gấp 4 lần MOS Silic. Hơn nữa đế của transistor GaAs là chất cỏch điện rất dễ thực hiện và cú điệndung ký sinh rất nhỏ.
Một transistor trƣờng GaAs cú thể hoạt động tới tần số 40GHz trong khi MOS silic chỉ hoạt động đến 8GHz. Sự phỏt triển của cụng nghệ GaAs rất đặc biệt. Từ năm 1976 mức độ tổ hợp tăng gấp ba lần trong một năm. Điều này cho mức tiờn đoỏn mức độ tớch hợp trong cỏc vi mạch GaAs sẽ chiếm vị trớ độc tụn. Với lƣu lƣợng số lớn hơn 1Gbớt/s cụng nghệ GaAs là cụng nghệ duy nhất đảm đƣơng đƣợc .
c. Cụng nghệ chuyển tiếp Josephson
Chuyển tiếp Josephson khụng sử dụng vật liệu bỏn dẫn mà dựng hai vật liệu siờu dẫn phõn cỏch nhau bằng một lớp oxit mỏng. Do đú chỳng hoạt động trong vựng nhiệt độ heli lỏng (-2690C). Trong vựng nhiệt độ đú cỏc mạch chuyển tiếp Josephson hoạt động cực nhanh nhƣng lại tiờu thụ năng lƣợng ớt.