近半個(gè)世紀(jì)的歷史表明，電子設(shè)備的發(fā)展對(duì)人類(lèi)社會(huì)起到了巨大的推動(dòng)作用。每一種新電子設(shè)備的出現(xiàn)都對(duì)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展起到了積極的作用。電子管的誕生是真空科學(xué)技術(shù)全面發(fā)展的結(jié)果。微電子器件的發(fā)展是基于超純材料和高精度微加工技術(shù)的改進(jìn)，其中許多都與真空技術(shù)有關(guān)。微電子設(shè)備是現(xiàn)代高速計(jì)算機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。在當(dāng)今一些發(fā)達(dá)國(guó)家，微電子和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)超過(guò)能源、材料、交通和鋼鐵產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值中占據(jù)首位。在電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展中，真空科學(xué)技術(shù)做出了重要貢獻(xiàn)。
在未來(lái)，將有四個(gè)新的電器:一個(gè)多功能信息系統(tǒng)與多媒體彩電，電腦和聲音組合。具有真空冷凍和真空保存功能的冰箱;具有真空脫水功能的洗衣機(jī)和監(jiān)控室內(nèi)空氣新鮮度的空調(diào)。這些家用電器有的直接使用真空技術(shù)，有的間接使用真空技術(shù)獲得的加工結(jié)果。因?yàn)闊o(wú)論是計(jì)算機(jī)還是各種自動(dòng)電器，它們的基礎(chǔ)都是微電子設(shè)備。其中最重要的是規(guī)模集成電路。如今，微電子器件幾乎成了家喻戶(hù)曉的詞，因?yàn)樗诋?dāng)今人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)和生活中的作用無(wú)法與任何其他工業(yè)產(chǎn)品相提并論。微電子器件的發(fā)展將推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)更快的進(jìn)步。微電子器件的發(fā)展趨勢(shì)是大規(guī)模集成電路，集成度越來(lái)越高，即芯片上功能元件的尺寸越來(lái)越小。摩爾定律描述了這個(gè)定律，同樣大小的芯片上的元件數(shù)量每18個(gè)月翻一番。過(guò)去20年一直如此，電子專(zhuān)家預(yù)測(cè)未來(lái)15年仍將如此。
1.莫爾定律討論硅片上的元件密度，這是描述大規(guī)模集成電路信息處理能力的一個(gè)參數(shù)。根據(jù)國(guó)際商用機(jī)器公司1994年發(fā)表的一份特別報(bào)告，奇妙芯片:組件的尺寸越小，芯片的功能就越大。信息存儲(chǔ)密度為106位/cm2，可保存下30頁(yè)論文;108位/cm2，可存儲(chǔ)10本300頁(yè)的書(shū)籍;1010位/cm2，1000本書(shū);1012位/cm2，存儲(chǔ)100，000本書(shū)，在3.5英寸的磁盤(pán)上可以存儲(chǔ)500萬(wàn)本書(shū)。這幾乎是我國(guó)省級(jí)圖書(shū)館的全部藏書(shū)。從這個(gè)估計(jì)可以看出，隨著存儲(chǔ)密度的增加，芯片的功能非常驚人。這只是對(duì)數(shù)量變化的計(jì)算。應(yīng)該考慮從數(shù)量變化到質(zhì)量變化的功能飛躍。
2.1012bit/cm2稱(chēng)為超高密度信息存儲(chǔ)，主要是數(shù)字0和1的存儲(chǔ)。安是納米電子學(xué)的基礎(chǔ)。每個(gè)信息存儲(chǔ)點(diǎn)的大小小于10納米，并且包含有限數(shù)量的原子。作為功能點(diǎn)，與傳統(tǒng)元件相比，其特征在于更小的體積(109個(gè)原子)、更純的材料(雜質(zhì)缺陷10-8)、更低的信號(hào)功率(10-12焦耳)和更快的信號(hào)寫(xiě)入和讀取響應(yīng)速度(納秒)。因此，超高密度信息存儲(chǔ)的研究需要新理論、新材料和新組裝加工技術(shù)的發(fā)展。
最早用于廣播、通信和雷達(dá)的電子設(shè)備是真空電子管，它主要控制從陰極發(fā)射到真空中的自由電子，用于信號(hào)振蕩、調(diào)制、發(fā)射、檢測(cè)、放大、存儲(chǔ)和處理。電子管設(shè)備的制造需要真空衛(wèi)生和真空純度。微電子器件的產(chǎn)生是基于高純度鍺和硅材料。在材料和器件的加工過(guò)程中，需要半導(dǎo)體純度和比高純度更好的高度有序的晶體結(jié)構(gòu)。然而，下一代微電子器件的納米電子器件要求所用的材料和組裝工藝要比半導(dǎo)體純，雜質(zhì)和缺陷少，晶體結(jié)構(gòu)更完善。因此，在研究納米電子器件時(shí)，更高的真空。
近年來(lái)北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院真空物理實(shí)驗(yàn)室北京一直致力于有機(jī)復(fù)合膜的超高密度信息存儲(chǔ)器件。其制備的關(guān)鍵技術(shù)是高質(zhì)量的納米厚度功能薄膜。今天的薄膜形成過(guò)程可以保持真空清潔的環(huán)境，因此可以獲得高質(zhì)量的薄膜。物理氣相沉積(PVD)主要包括蒸發(fā)、濺射、離子鍍、分子束外延和離子簇鍍。通過(guò)對(duì)幾種真空法制備有機(jī)功能薄膜技術(shù)的分析，認(rèn)為離子束(ICB)沉積技術(shù)最適合制備有機(jī)功能薄膜。它通過(guò)絕熱膨脹過(guò)程蒸發(fā)材料，電離過(guò)程形成帶電原子團(tuán)，并在襯底上加速沉積。原子在襯底表面具有很大的遷移率，這有利于薄膜的成核和晶粒生長(zhǎng)，形成高質(zhì)量的薄膜。通過(guò)控制絕熱過(guò)程、電離電壓、加速電壓和襯底溫度，可以制備晶體、多晶或非晶薄膜。
離子束和高真空沉積技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出用于超高密度信息存儲(chǔ)的有機(jī)和金屬有機(jī)納米薄膜。主要有兩種類(lèi)型:一種是銀/有機(jī)(如銀-中央處理器)復(fù)合膜。掃描隧道顯微鏡(STM)的電壓脈沖寫(xiě)入信號(hào)點(diǎn)的直徑為10納米，可以穩(wěn)定地寫(xiě)入和讀取0和1信號(hào)。用半導(dǎo)體激光薄膜讀寫(xiě)裝置(波長(zhǎng)780納米)研究了銀中央處理器薄膜的光存儲(chǔ)特性。結(jié)果表明，寫(xiě)入信號(hào)的光脈沖為10.4毫瓦，寬度為10μs。7.0毫瓦，1毫秒寬的光脈沖可以擦除信號(hào);1.1mW可以穩(wěn)定讀取信號(hào)。
另一種是有機(jī)施主/有機(jī)受主(如m-nbmn/dab)納米薄膜，其電脈沖信號(hào)寫(xiě)入直徑為1.3納米，相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄密度為1013比特/cm2。記錄的信號(hào)是穩(wěn)定的。對(duì)寫(xiě)入信號(hào)點(diǎn)的掃描隧道光譜(STS)分析表明，在寫(xiě)入信號(hào)之前，薄膜是絕緣體，在寫(xiě)入信號(hào)之后，薄膜是導(dǎo)體。這種薄膜也可以利用光信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)定的讀寫(xiě)。外國(guó)專(zhuān)家同行高度評(píng)價(jià)了這個(gè)結(jié)果，認(rèn)為它接近納米功能元素的極限。
有機(jī)復(fù)合信息存儲(chǔ)薄膜的研究結(jié)果表明，真空技術(shù)在未來(lái)納米電子器件的研究中仍將發(fā)揮極其重要的作用。目前，超高真空的采集和測(cè)量技術(shù)已經(jīng)成熟，但真空技術(shù)的應(yīng)用仍然是一個(gè)非常有吸引力的課題，需要開(kāi)展大量的工作才能得到更廣泛的應(yīng)用，尤其是在納米電子器件這一未來(lái)信息社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)中。在即將到來(lái)的21世紀(jì)，真空技術(shù)將隨著納米電子學(xué)進(jìn)入在信息社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。