能量轉(zhuǎn)換器件及其應用

全書主要分為三個部分:(1) 主要概述納電子學的發(fā)展和基礎理論;(2) 主要介紹納電子器件(包括:共振隧穿器件、單電子器件、量子點電子器件、納米CMOS器件和碳納米管器件等);(3) 由納電子器件構成的電路及其應用。

全書共分八章，包括:納米電子學和納電子器件發(fā)展概述;納電子學基礎理論;共振隧穿器件;單電子器件;量子點電子器件;SET/MOS混合器件;碳納米管器件;納電子電路及應用中的問題。

第1章 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 微電子學向納電子學發(fā)展及限制 3

1.2.1 微電子學向納電子學發(fā)展 3

1.2.2 微納電子器件的技術限制 6

1.3 納電子學的研究與發(fā)展 8

1.3.1 納電子學研究 9

1.3.2 納電子學的發(fā)展 10

1.4 納電子器件 13

1.4.1 引言 13

1.4.2 納電子器件種類 14

1.4.3 納電子器件應用 18

參考文獻 22

第2章 納電子學基礎 32

2.1 納結(jié)構中的量子效應 32

2.1.1 電導量子 32

2.1.2 彈道輸運 33

2.1.3 普適電導漲落 34

2.1.4 庫侖阻塞 34

2.1.5 量子相干效應 35

2.2 Landauer-Büttiker電導公式 36

2.2.1 兩端單通道Landauer電導公式 37

2.2.2 兩端多通道Büttiker電導公式 38

2.2.3 彈道結(jié)構的電導系數(shù) 39

2.3 單電子隧穿 40

2.3.1 單電子隧穿現(xiàn)象及條件 40

2.3.2 電流偏置單隧道結(jié) 42

2.3.3 單電子島(雙隧道結(jié)) 45

2.3.4 電子輸運的主方程 47

2.4 庫侖臺階和庫侖振蕩 48

2.4.1 引言 48

2.4.2 庫侖臺階 49

2.4.3 庫侖振蕩 51

參考文獻 52

第3章 共振隧穿器件 55

3.1 共振隧穿效應 55

3.1.1 共振隧穿現(xiàn)象 55

3.1.2 共振隧穿機理 56

3.2 共振隧穿器件輸運理論 58

3.2.1 量子力學基礎 58

3.2.2 雙勢壘量子阱結(jié)構共振隧穿二極管的兩種物理模型 61

3.3 共振隧穿二極管的特性分析 65

3.3.1 共振隧穿二極管的特性及參數(shù) 65

3.3.2 散射和材料結(jié)構對器件特性的影響 67

3.4 共振隧穿二極管模型 68

3.4.1 電路模擬模型 68

3.4.2 物理基礎的RTD模型 70

3.5 RTD器件的數(shù)字電路 72

3.5.1 RTD的基本電路 73

3.5.2 單-雙穩(wěn)轉(zhuǎn)換邏輯單元的工作原理 75

3.5.3 單-雙穩(wěn)轉(zhuǎn)換邏輯單元構成的數(shù)字電路 78

3.5.4 基于RTD的多值邏輯電路設計 79

3.6 RTD的模擬電路及其應用 81

3.6.1 振蕩器電路 81

3.6.2 細胞神經(jīng)網(wǎng)絡神經(jīng)元電路 82

3.6.3 混沌振蕩器電路 83

參考文獻 86

第4章 單電子器件 90

4.1 單電子盒 90

4.2 單電子陷阱 91

4.3 單電子晶體管 92

4.3.1 SET的結(jié)構及特性 92

4.3.2 多柵極SET 95

4.3.3 SET的數(shù)值模擬法及模型 97

4.4 單電子旋轉(zhuǎn)門 102

4.5 單電子泵 103

4.6 單電子器件的模擬電路應用 104

4.6.1 超高靈敏靜電計 104

4.6.2 單電子能譜儀 104

4.6.3 計量標準應用 105

4.6.4 紅外輻射探測器 106

4.6.5 基于SET的模擬濾波器 106

4.6.6 基于SET的細胞神經(jīng)網(wǎng)絡 109

4.7 單電子器件的數(shù)字電路應用 112

4.7.1 基于SET的邏輯電路 112

4.7.2 單電子存儲器 116

4.7.3 基于SET的數(shù)字濾波器 118

參考文獻 121

第5章 量子點器件 125

5.1 量子元胞自動機 125

5.1.1 量子元胞自動機的結(jié)構 125

5.1.2 量子元胞自動機的原理 126

5.1.3 量子元胞自動機的特性 127

5.1.4 量子元胞自動機基本電路 128

5.2 量子元胞自動機的仿真方法 129

5.2.1 元胞間哈特里逼近法 129

5.2.2 模擬退火法 130

5.2.3 遺傳模擬退火法 131

5.2.4 QCADesigner軟件仿真 134

5.2.5 PSpice模型仿真 135

5.3 量子元胞自動機數(shù)字電路 136

5.3.1 基于量子元胞自動機的組合邏輯電路 136

5.3.2 基于量子元胞自動機的時序邏輯電路 139

5.3.3 量子元胞自動機數(shù)字電路設計方法 143

5.4 量子細胞神經(jīng)網(wǎng)絡及其應用 147

5.4.1 量子細胞神經(jīng)網(wǎng)絡的機理 148

5.4.2 量子細胞神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性特性 149

5.4.3 量子細胞神經(jīng)網(wǎng)絡的混沌控制、同步及保密通信應用 154

5.4.4 量子細胞神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像處理應用 161

參考文獻 175

第6章 SETMOS混合器件 180

6.1 SETMOS混合器件結(jié)構及特性 180

6.1.1 SETMOS混合器件的結(jié)構 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混合器件模擬電路應用 187

6.3.1 SETMOS積分器 187

6.3.2 SETMOS濾波器 189

6.3.3 基于SETMOS混合器件的細胞神經(jīng)網(wǎng)絡 191

6.3.4 基于SETMOS混合結(jié)構的多渦卷混沌系統(tǒng) 201

6.4 SETMOS混合器件數(shù)字電路應用 206

6.4.1 多值邏輯 206

6.4.2 邏輯門電路 209

6.4.3 SETMOS混合器件的數(shù)字電路應用 211

6.4.4 SETMOS混合結(jié)構在離散混沌系統(tǒng)中的應用 216

參考文獻 223

第7章 碳納米管器件 227

7.1 碳納米管的結(jié)構、電特性及制備 227

7.1.1 碳納米管的結(jié)構 227

7.1.2 碳納米管的電特性 229

7.1.3 碳納米管的制備 231

7.2 碳納米管場效應管 231

7.2.1 CNTFET的I-V特性曲線 231

7.2.2 P型和N型CNTFET 233

7.2.3 接觸勢壘 235

7.2.4 局部柵CNTFET 236

7.2.5 雙極型CNTFET 237

7.3 碳納米管場效應管仿真模型 238

7.3.1 基于彈道輸運理論的CNTFET半經(jīng)典改進模型 238

7.3.2 基于線性回歸的CNTFET的HSpice模型 243

7.4 碳納米管器件的應用 246

7.4.1 基于CNTFET的二極管 246

7.4.2 基于CNTFET的邏輯電路 248

7.4.3 基于CNTFET的振蕩器 249

7.4.4 基于雙柵極CNTFET的可重配置邏輯電路 250

7.4.5 基于CNTFET的多值邏輯電路 251

參考文獻 253

第8章 納電子器件應用中的問題 256

8.1 單電子晶體管的非理想因素 256

8.1.1 單電子晶體管隨機背景電荷的產(chǎn)生 256

8.1.2 背景電荷對單電子晶體管的影響 257

8.1.3 單電子晶體管背景電荷的解決方法 257

8.1.4 單電子晶體管其他非理想因素的影響 259

8.2 影響SETMOS混合器件工作的因素 260

8.2.1 CMOS器件噪聲分析與抑制 260

8.2.2 SETMOS混合電路設計中偏置電流源的影響 261

8.2.3 泄漏能耗的影響與控制 262

8.3 量子細胞神經(jīng)網(wǎng)絡的非理想因素 262

8.3.1 QCNN中的非理想因素的類型 263

8.3.2 非理想因素對QCNN的影響 263

8.3.3 非理想因素影響的結(jié)果分析 270

8.4 其他器件的非理想因素影響 270

8.4.1 散射對RTD的影響 271

8.4.2 RTD的集成技術 271

8.4.3 RTD應用電路的發(fā)展展望 273

8.4.4 碳納米管場效應管制備及特性中的問題 274

參考文獻 275

參數(shù)符號 277

縮略語 280