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掃描隧道顯微鏡(STM)是一種基于量子隧道效應(yīng)的新型高分辨率顯微鏡。能從原子級空間分辨率來觀測物質(zhì)表面原子或分子的幾何分布和態(tài)密度分布，確定物體局域光、電、 磁、熱和機(jī)械特性。STM結(jié)構(gòu)小巧，操作方便，人們可以在大氣或液體中對樣品進(jìn)行原子級分辨的無損觀測。利用 STM 可以實(shí)時(shí)測量物體表面的實(shí)空間三維圖像，測量分辨率極高，對垂直和平行于表面分別為0.01nm和0.1nm。用如此高的分辨率對物質(zhì)表面原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接觀測，或在自然條件下對生物大分子進(jìn)行原子級直接觀察，可使人們看到一 個(gè)多姿多彩的原子世界的真面目，從而實(shí)現(xiàn)人類長期以來孜孜不倦追求的直接觀察原子真面目的愿望。STM 不僅具有原子級空間高分辨率，而且還具有廣泛的適用性，如刻劃納米級微細(xì)線條，移動(dòng)原子等當(dāng)今最高層次的實(shí)際操作。因此， STM 己成為一種最重要的 納米機(jī)械裝置，是納米科學(xué)技術(shù)的主要工具。
借助納米尺度上的加工技術(shù)和原子操縱技術(shù)，可使芯片設(shè)計(jì)達(dá)到常規(guī)光刻法之類的技術(shù)所無法達(dá)到的微型化水平。硅集成電路的高集成化和高性能化一直是遵照按比例縮小的原理和微細(xì)化工藝來實(shí)現(xiàn)的。前面已指出，加工尺寸小于0.1μm，由于雜質(zhì)的起伏、短溝道效應(yīng)的出現(xiàn)，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的器件不能沿用比例縮小法則。例如，就16MB的DRAM而言，在一個(gè)電容上積累的電子數(shù)量為幾十萬個(gè)，因而通過柵電壓可以控制溝道電流。但是幾十納米領(lǐng)域所涉及的電子數(shù)量只有幾百個(gè)，不能由電流來控制這種電子數(shù)，而需要一種能準(zhǔn)確控制電子數(shù)量的新型器件。另一方面，隨著芯片上元件密度的不斷增大，計(jì)算過程中產(chǎn)生的熱量的排除也越來越困難了。為此，人們正在探索當(dāng)一次計(jì)算結(jié)束時(shí)使電容器返回其初始狀態(tài)的可能性，即所謂可逆邏輯門。由于可逆邏輯門實(shí)際上會(huì)重新吸收部分已耗用的能量，因此它們產(chǎn)生的廢熱較少。所以，隨著IC技術(shù)的發(fā)展，器件的尺寸越來越小， 以至于達(dá)到考慮單個(gè)電子的狀態(tài)。微電子學(xué)的很多領(lǐng)域，不久就會(huì)變得需采用量子力學(xué)了，即所謂量子電子學(xué)或納米電子學(xué)。而從加工的角度上看，納米電子技術(shù)又要求微細(xì)加工技術(shù)要有新的突破。
