全书主要分为三个部分：(1) 主要概述纳电子学的发展和基础理论；(2) 主要介绍纳电子器件（包括：共振隧穿器件、单电子器件、量子点电子器件、纳米CMOS器件和碳纳米管器件等）；(3) 由纳电子器件构成的电路及其应用。全书共分八章，包括：纳米电子学和纳电子器件发展概述；纳电子学基础理论；共振隧穿器件；单电子器件；量子点电子器件；SET/MOS混合器件；碳纳米管器件；纳电子电路及应用中的问题。

蔡理，空军工程大学理学院教授，博士生导师，微电子学与固体电子学学科带头人。教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会委员，全军优秀教师、军队院校育才奖金奖和空军高层次科技人才，陕西省电工电子课程体系优秀教学团队带头人；主持建设的军队重点网络课程《电工学》入选军队院校精品网络课程库；指导博士学位论文获陕西省优秀博士学位论文奖和全军优秀博士学位论文提名奖，并获陕西省优秀博士学位论文导师奖杯；主持完成了国家自然科学基金项目、863创新项目和陕西省自然科学基础研究重点和面上项目等国家级、军队和省部级项目十多项；出版专著2部，出版教材3部，其中1部获全国优秀畅销书奖；在国际和国内重要学术期刊发表论文150余篇，其中SCI 50余篇，EI 60余篇。

第1章  绪论1
1.1  引言1
1.2  微电子学向纳电子学发展及限制3
1.2.1  微电子学向纳电子学发展3
1.2.2  微纳电子器件的技术限制6
1.3  纳电子学的研究与发展8
1.3.1  纳电子学研究9
1.3.2  纳电子学的发展10
1.4  纳电子器件13
1.4.1  引言13
1.4.2  纳电子器件种类14
1.4.3  纳电子器件应用18
参考文献22
第2章  纳电子学基础32
2.1  纳结构中的量子效应32
2.1.1  电导量子32
2.1.2  弹道输运33
2.1.3  普适电导涨落34
2.1.4  库仑阻塞34
2.1.5  量子相干效应35
2.2  Landauer-Büttiker电导公式36
2.2.1  两端单通道Landauer电导公式37
2.2.2  两端多通道Büttiker电导公式38
2.2.3  弹道结构的电导系数39
2.3  单电子隧穿40
2.3.1  单电子隧穿现象及条件40
2.3.2  电流偏置单隧道结42
2.3.3  单电子岛(双隧道结)45
2.3.4  电子输运的主方程47
2.4  库仑台阶和库仑振荡48
2.4.1  引言48
2.4.2  库仑台阶49
2.4.3  库仑振荡51
参考文献52
第3章  共振隧穿器件55
3.1  共振隧穿效应55
3.1.1  共振隧穿现象55
3.1.2  共振隧穿机理56
3.2  共振隧穿器件输运理论58
3.2.1  量子力学基础58
3.2.2  双势垒量子阱结构共振隧穿二极管的两种物理模型61
3.3  共振隧穿二极管的特性分析65
3.3.1  共振隧穿二极管的特性及参数65
3.3.2  散射和材料结构对器件特性的影响67
3.4  共振隧穿二极管模型68
3.4.1  电路模拟模型68
3.4.2  物理基础的RTD模型70
3.5  RTD器件的数字电路72
3.5.1  RTD的基本电路73
3.5.2  单-双稳转换逻辑单元的工作原理75
3.5.3  单-双稳转换逻辑单元构成的数字电路78
3.5.4  基于RTD的多值逻辑电路设计79
3.6  RTD的模拟电路及其应用81
3.6.1  振荡器电路81
3.6.2  细胞神经网络神经元电路82
3.6.3  混沌振荡器电路83
参考文献86
第4章  单电子器件90
4.1  单电子盒90
4.2  单电子陷阱91
4.3  单电子晶体管92
4.3.1  SET的结构及特性92
4.3.2  多栅极SET95
4.3.3  SET的数值模拟法及模型97
4.4  单电子旋转门102
4.5  单电子泵103
4.6  单电子器件的模拟电路应用104
4.6.1  超高灵敏静电计104
4.6.2  单电子能谱仪104
4.6.3  计量标准应用105
4.6.4  红外辐射探测器106
4.6.5  基于SET的模拟滤波器106
4.6.6  基于SET的细胞神经网络109
4.7  单电子器件的数字电路应用112
4.7.1  基于SET的逻辑电路112
4.7.2  单电子存储器116
4.7.3  基于SET的数字滤波器118
参考文献121
第5章  量子点器件125
5.1  量子元胞自动机125
5.1.1  量子元胞自动机的结构125
5.1.2  量子元胞自动机的原理126
5.1.3  量子元胞自动机的特性127
5.1.4  量子元胞自动机基本电路128
5.2  量子元胞自动机的仿真方法129
5.2.1  元胞间哈特里逼近法129
5.2.2  模拟退火法130
5.2.3  遗传模拟退火法131
5.2.4  QCADesigner软件仿真134
5.2.5  PSpice模型仿真135
5.3  量子元胞自动机数字电路136
5.3.1  基于量子元胞自动机的组合逻辑电路136
5.3.2  基于量子元胞自动机的时序逻辑电路139
5.3.3  量子元胞自动机数字电路设计方法143
5.4  量子细胞神经网络及其应用147
5.4.1  量子细胞神经网络的机理148
5.4.2  量子细胞神经网络的非线性特性149
5.4.3  量子细胞神经网络的混沌控制、同步及保密通信应用154
5.4.4  量子细胞神经网络的图像处理应用161
参考文献175
第6章  SETMOS混合器件180
6.1  SETMOS混合器件结构及特性180
6.1.1  SETMOS混合器件的结构180
6.1.2  SETMOS混合器件的工作原理及特性181
6.2  SETMOS混合器件的模型183
6.2.1  SETMOS混合器件的模型建立183
6.2.2  SETMOS混合器件的仿真185
6.3  SETMOS混合器件模拟电路应用187
6.3.1  SETMOS积分器187
6.3.2  SETMOS滤波器189
6.3.3  基于SETMOS混合器件的细胞神经网络191
6.3.4  基于SETMOS混合结构的多涡卷混沌系统201
6.4  SETMOS混合器件数字电路应用206
6.4.1  多值逻辑206
6.4.2  逻辑门电路209
6.4.3  SETMOS混合器件的数字电路应用211
6.4.4  SETMOS混合结构在离散混沌系统中的应用216
参考文献223
第7章  碳纳米管器件227
7.1  碳纳米管的结构、电特性及制备227
7.1.1  碳纳米管的结构227
7.1.2  碳纳米管的电特性229
7.1.3  碳纳米管的制备231
7.2  碳纳米管场效应管231
7.2.1  CNTFET的I-V特性曲线231
7.2.2  P型和N型CNTFET233
7.2.3  接触势垒235
7.2.4  局部栅CNTFET236
7.2.5  双极型CNTFET237
7.3  碳纳米管场效应管仿真模型238
7.3.1  基于弹道输运理论的CNTFET半经典改进模型238
7.3.2  基于线性回归的CNTFET的HSpice模型243
7.4  碳纳米管器件的应用246
7.4.1  基于CNTFET的二极管246
7.4.2  基于CNTFET的逻辑电路248
7.4.3  基于CNTFET的振荡器249
7.4.4  基于双栅极CNTFET的可重配置逻辑电路250
7.4.5  基于CNTFET的多值逻辑电路251
参考文献253
第8章  纳电子器件应用中的问题256
8.1  单电子晶体管的非理想因素256
8.1.1  单电子晶体管随机背景电荷的产生256
8.1.2  背景电荷对单电子晶体管的影响257
8.1.3  单电子晶体管背景电荷的解决方法257
8.1.4  单电子晶体管其他非理想因素的影响259
8.2  影响SETMOS混合器件工作的因素260
8.2.1  CMOS器件噪声分析与抑制260
8.2.2  SETMOS混合电路设计中偏置电流源的影响261
8.2.3  泄漏能耗的影响与控制262
8.3  量子细胞神经网络的非理想因素262
8.3.1  QCNN中的非理想因素的类型263
8.3.2  非理想因素对QCNN的影响263
8.3.3  非理想因素影响的结果分析270
8.4  其他器件的非理想因素影响270
8.4.1  散射对RTD的影响271
8.4.2  RTD的集成技术271
8.4.3  RTD应用电路的发展展望273
8.4.4  碳纳米管场效应管制备及特性中的问题274
参考文献275
参数符号277
缩略语280