در قرن بیست و یکم و با رشد و توسعه فناوری نانو، حوزه نانو الکترونیک به‌عنوان یکی از زیرشاخه‌های اصلی این فناوری بسیار مورد توجه قرارگرفته است و در نقشه راه علمی بسیاری از کشورها نانو الکترونیک به‌عنوان یکی از المان‌های برتری در دهه آینده مطرح شده و حجم وسیعی از سرمایه‌گذاری ها به این سمت متمایل شده است. حوزه‌هایی مانند انرژی، حمل‌ونقل، امنیت، ارتباطات اینترنتی و موبایل پرسرعت، فضای داده (cloud) و ... در دهه گذشته متأثر از فناوری نانو الکترونیک بوده است. همچنین ادوات و افزاره‌هایی چون موتورها یا ماشین‌های مولکولی، ماهیچه‌های مصنوعی، عملگرهای الکترواستاتیکی، الکترومکانیکی و پیزوالکتریک، زیست حسگرها و نانوحسگرها، سنسورهای گاز، تصویربرداری تراهرتز و نوسان‌سازها، ازجمله نمونه‌هایی هستند که در قرن بیست و یکم توسط فن‌آوری نانو الکترونیک تکامل یافته‌اند.
موقعیت نانو الکترونیک در اقتصاد جهانی اغلب به صورت هرم معکوسی نمایش داده می‌شود که در نوک آن صنایع تولیدکننده قطعات الکترونیکی قرار دارند که چیپ‌های الکترونیکی تولید می‌کنند. در سطح بعدی هرم، تولیدکننده‌های قطعات اصلی یا OEM ها قرار دارند که از قطعات الکترونیکی برای ساخت محصولات الکترونیکی استفاده می‌کنند و ارزش بازار این محصولات تقریبا پنج برابر ارزش بازار قطعات الکترونیکی است. به همین ترتیب، صنعت تجهیزات و محصولات الکترونیکی باعث می‌شود که ارزش بازار خدمات اطلاعات و ارتباطات تقریبا پنج برابر ارزش بازار صنعت محصولات الکترونیکی شود. میزان افزایش ارزش بازار و نسبت آنها به‌صورت سالانه رو به افزایش است.
حداقل 10% تولید ناخالص ملی دنیا (حدود 70,000 میلیارد دلار) به محصولات و خدمات نانو الکترونیک وابسته است. این فناوری سبب رشد در حوزه‌های خودرو، هوافضا، پزشکی، مخابرات و ارتباطات شده که طبق برآوردها ارزش اقتصادی این حوزه‌ها بیشتر از 700 میلیارد یورو برای اروپا است. همچنین ارزش اقتصادی جهانی صنعت نیمه‌هادی اروپا 30 میلیارد یورو تخمین زده شده است که باعث ایجاد 200 هزار شغل مستقیم و بیش از 800 هزار شغل غیرمستقیم شده است. میزان سرمایه‌گذاری اروپا در بخش نیمه‌هادی در بالاترین سطح جهانی است، بطوریکه 20% درآمدها به پژوهش و نوآوری در این حوزه اختصاص یافته است. این شواهد نشان‌دهنده ورود این فناوری به صنعت و پتانسیل‌های آن جهت آمادگی برای تغییرات انقلابی محتمل در زندگی آینده جامعه بشری است.
طبق بررسی‌های صورت گرفته، صنعت الکترونیک در سالهای آینده شاهد رشد چشم‌گیری خواهد بود که عوامل این رشد عبارت‌اند از:
قانون مور به محدودیت‌های خود نزدیک می‌شود و کوچک‌سازی ادوات با این روش، دیگر پاسخگوی برنامه گام به گام ترقی ادوات الکترونیکی نمی باشد. توان موردنیاز و کارآیی دیگر تناسبی با اندازه نداشته و صنایع تمرکز خود را بر روی فن‌آوری‌های فراتر از CMOS قرار داده‌اند که منجر به رشد ادوات منطقی و حافظه‌ای با پارادایم فناوری جدیدی خواهد شد.
پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2020 ادوات مبتنی بر استفاده از اینترنت در جهان به تعدادی بالغ بر 9 میلیارد شامل انواع رایانه‌های شخصی، تبلت، تلفن، تلویزیون و منسوجات هوشمند برسند. مصرف توان این ادوات و سایر ادوات داده‌برداری، ارتباطی و شبکه‌ای به صورت نمایی در حال افزایش است؛ بنابراین میزان تقاضای بالایی برای فناوری‌هایی با کاربرد مستقیم در کاهش انتشار دی اکسید کربن، افزایش بازده، کاهش توان مصرفی و رسیدن به چرخه‌ی بازیافت از زباله‌ها با بازده بالا وجود دارد.
نسل بعدی پردازش اطلاعات، شبکه‌ای از اشیا فیزیکی متصل شده به یکدیگر مانند کامپیوتر، تلفن همراه، حسگرها، عملگرها، ادوات پوشیدنی، وسایل نقلیه، ساختمان و حتی سیستم‌های انرژی است که در آنها عملیات محاسبه و حس کردن بدون وقفه انجام می‌پذیرد. بازار عظیم اینترنت اشیا، شامل صنعت ارتباط ماشین با ماشین، ماشین با انسان، انسان با انسان و انواع اندازه‌گیرهای هوشمند است که پیچیدگی ایجاد این پلتفرم، سبب نیاز به فن‌آوری‌هایی همچون نانوالکترونیک، embedded systems ، IT، هوش مصنوعی، پردازش موازی و یاگیری عمیق شده است.
پیش بینی می شود که رشد سریع حوزه IoT سبب افزایش تقاضا در موارد زیر شود:
ادوات کم‌مصرف همانند TFET، NEMS
Embeded Systems
رمزنگاری و سیستم های حفاظت پیچیده
RF و شبکه های بیسیم
حسگرهای مجتمع شده با CMOS
ادوات برداشت و ذخیره انرژی
حرکت به سمت سیستم های مبتنی بر Cloud و حجم عظیم داده های قابل پردازش و نیاز روز افزون به تحلیل و پردازش داده ها سبب شده تا نقش حسگرها و داده های دریافتی از آنها بیش از پیش پررنگ شده و میلیونها حسگر در سراسر دنیا می توانند سیگنالهای مربوط به کمیت واحدی را به سمت سرورها ارسال کرده و با استفاده از قدرت پردازشی این سرورها تحلیل داده و بررسی ترندها و ارائه راهکارها با کمک هوش مصنوعی میسر خواهد شد.
فناوری الکترونیک به‌تمامی ابعاد زندگی بشر وارد شده است. اکتشاف نانو مواد منجر به گسترش قابلیت سیستم‌های هوشمند منعطف برای الکترونیک فراگیر مانند ساعت‌های هوشمند، شیشه‌های هوشمند، تلفن‌های هوشمند و البسه پوشیدنی هوشمند شده است. فناوری انعطاف‌پذیر در حال حاضر بازه گسترده ای از کاربرد ادوات ارزان قیمت مانند نشانگرهای RFID، حسگرها و نانو سیستم‌های مجتمع با کارایی معادل ادوات سیلیکونی را شامل می‌شود.
برای برآورده کردن نیاز بازار، افزایش توان و کارآیی ادوات الکترونیکی بایست به شکلی صورت پذیرد که از لحاظ قیمت به صرفه بوده و حجم و وزن کمی نیز داشته باشد. استفاده از نانومواد موجب دسترسی به توان بالاتر، بهبود کارآیی، پهنای باند و انعطاف‌پذیری و مدیریت گرمایی و کاهش اندازه و قیمت شده است. استفاده از نانو مواد باعث بوجود آمدن طراحی‌های جدید در ادوات الکترونیکی، ساختارهای جدید در شبکه و فرآیند ساخت جدید شده است که به بهبود مجتمع شدن، چگالی توان بالاتر ادوات و کاهش زمان ورود به بازار مک شایانی کرده است.
پیشرفت‌های اخیر در ساخت نانو مواد منعطف مانند گرافن، نانولوله‌های کربنی، h-BN و TMD ها سبب افزایش کاربرد الکترونیکی این مواد شده است. مطالعات بنیادی بر روی نانو مواد ذکرشده برای استفاده در کاربردهای عملی، شامل الکترونیک کم‌مصرف، منعطف و پوشیدنی، حسگرها، فوتونیک و ادوات ذخیره‌ی انرژی انجام شده است.
به عنوان مثال، گرافن یک ماده دوبعدی است که خواص الکتریکی و مکانیکی شگفت‌انگیزی از خود نمایش داده که نوید ساخت نسل جدیدی از ادوات را می‌دهد. روش‌های جدید ساخت در مقیاس بالای گرافن با کیفیت مناسب، انتقال لایه لایه و مجتمع کردن ادوات منجر به ایجاد ادوات الکترونیکی پیشرفته مانند صفحه‌های لمسی گرافنی درگوشی‌های هوشمند و ادوات فرکانس بالای انعطاف‌پذیر بر روی پلاستیک با فرکانس کاری 25 گیگاهرتز و قابلیت اطمینان بالا در تنش‌های ناشی از خم‌شدگی شده است.
بعد از گرافن، مواد دوبعدی نوظهور مانند phosphorene و Silicene، امکان ساخت ادوات الکترونیکی انعطاف پذیر و ترانزیستورهای اثرمیدانی با ویژگی های جذاب و منحصر به فردی را ارائه می کنند.
نانو الکترونیک را به طور کلی می‌توان به سه دسته تقسیم بندی نمود:
ساخت مدارات مجتمع با استفاده از قطعات نانو سایز باعث شده تا تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه به حدود گیگا ترانزیستور رسیده و صنعت پیچیده CMOS هرروز ارتقا یابد و تابع هزینه به واحد برای تراشه‌ها به میزان کمینه خود برسد. این بخش حدود 70 درصد بازار شامل مدارات منطقی دیجیتال، حافظه‌ها و پردازنده‌ها را شامل شده و به جاده More Moore معروف است.
این بخش شامل ادوات میکرو و نانو الکترونیکی است که غالبا غیر دیجیتال می‌باشند. حسگرها و عملگرهای مکانیکی، شیمیایی، حرارتی، زیستی به همراه مدار قرائت که بر روی بستری از CMOS قرار می‌گیرند در این دسته قرار می‌گیرند. افزاره‌های میکرو و نانوفلوییدیک، بایوسنسورها، افزارها و مدارات RF، ادوات و مدارهای سوییچینگ قدرت، LED ها، سلول‌های خورشیدی، افزارهای تصویربرداری و اپتیکی و افزاره‌های ذخیره انرژی همگی از این جمله‌اند. در حقیقت این دسته از نانو الکترونیک ترکیبی از افزاره‌ها و مدارهای الکترونیک محض و افزارهای مکانیکی، شیمیایی و زیستی است که با مدارات جانبی آنالوگ یا RF آمیخته شده است.
این بخش در حقیقت یک الگوی جدید در صنعت نانو الکترونیک است که بر پایه تغییر در اسپین، حالت مولکولی و ...عمل می‌کند که به Spintronics یا Molecular Electronics معروف است. این دسته مسیری موازی فناوری CMOS ایجاد کرده که به ابعاد کوچک‌تری از ماده دسترسی داشته و محدودیت‌های فیزیکی صنعت جاری نیمه‌هادی جهت دستیابی به ابعاد کوچک‌تر را پشت سر می‌گذارد اما عواملی چون نسبت هزینه به واحد برای ساخت تراشه و یا قابلیت اطمینان از عوامل محدودکننده این دسته می‌باشد. این دسته موجب ظهور ادوات نانو الکترونیکی نوین خواهد شد.
در INEC مرزهای زیر برای فناوری نانوالکترونیک در نظر گرفته شده است:
Nanofabrication
Nanomaterials and Nanostructures
Device/System
Metrology Methods/Equipment
Simulation and Design
طبق بررسی‌های انجام شده در کشور و بر اساس رصد فناوری در دنیا، بررسی بازار و پتانسیل‌های بازار ایران و بازار صادراتی، امکانات و تخصص فناوران و محققان ایرانی و مزیت‌های رقابتی کشور، شروع از حوزه More than Moore مزیت زقابتی بیشتری برای کشور در پی خواهد داشت.
