本书为电子工程师、计算机科学工作者和物理学工作者通俗地介绍了纳电子学。作为纳电子学的综述，本书涵盖了从工艺技术到电路和系统的各个方面。纳电子学的挑战不仅在于精细结构的制造，还在于使亿万个器件能有效工作的创新系统的开发。本书在系统级叙述了各种不同的结构并讨论了这些系统的重要特征，例如设计策略、功率消耗和可靠性；叙述了各种各样的技术，包括分子器件、量子电子器件、谐振隧穿器件、单电子器件、超导器件、DNA和量子计算的器件。本书还包括各种硅技术现状的比较，讨论了电子学的极限和未来纳米系统的美好前景。

纳电子学是关于纳米器件及其信息处理的电路与系统的理论和技术的新学科。本书叙述了固体纳电子学、分子电子学和生物电子学的有关方面，内容包括：各种纳电子器件(分子器件、量子电子器件、谐振隧穿器件、单电子器件、超导器件、DNA和量子计算等器件)的新效应、新原理与新特性；纳电子学的若干物理基础和信息理论基础以及纳电子学发展的物理极限；各种创新的纳米电路与系统的结构与原理。

本书可以作为高等院校电子科学、信息处理、自动控制、计算机、生物、应用物理、电子工程和材料科学等学科的有关专业高年级学生及研究生的教材，也适于有关领域的科学家、工程师及高校师生参考。

译者的话

前言

第1章 发展中的纳电子学

 1.1微电子学的发展

 1.2纳电子学的范围

 1.3复杂的问题

 1.4纳电子学提出的挑战

 1.5小结

第2章 硅技术的发展潜力

 2.1半导体基础材料

2.1.1半导体的能带图

2.1.2非均匀半导体结构的能带图

 2.2技术

2.2.1不同类型的晶体管

2.2.2微细加工技术

 2.3关于硅器件微型化的方法和限制

2.3.1按比例缩小

2.3.2硅技术发展的里程碑

2.3.3对技术极限的估计

 2.4微电子机械系统(MEMS)

2.4.1微机械技术

2.4.2纳电子学的微机械加工

 2.5集成光电子学

 2.6小结

第3章 纳电子学基础

 3.1若干物理基础

3.1.1电磁场和光子

3.1.2作用量、电荷和磁通量的量子化

3.1.3电子的波动性(薛定谔方程)

3.1.4势阱中的电子

3.1.5固体中光子与电子相互作用

3.1.6扩散过程

 3.2信息理论基础

3.2.1数据和位

3.2.2数据处理

 3.3小结

第4章 生物学衍生的思想

 4.1生物网络

4.1.1生物神经元

4.1.2神经元细胞的功能

 4.2生物学衍生的思想

4.2.1硅片中的生物神经元细胞

4.2.2用VLSI电路模拟神经元细胞

4.2.3具有局部适应性和分布式数据处理功能的神经元网络

 4.3 小结

第5章 生物化学和量子力学计算机

 5.1 DNA计算机

5.1.1通过化学反应进行信息处理

5.1.2纳米计算机

5.1.3并行处理

 5.2量子计算机

5.2.1比特和量子比特

5.2.2一致与缠结

5.2.3量子的并行化

 5.3小结

第6章 纳米系统的并行体系结构

 6.1体系结构原理

6.1.1单处理器和多处理器系统

6.1.2对于并行数据处理的一些考虑

6.1.3延迟时间的影响

6.1.4功耗与并行性

 6.2纳米系统中并行处理的体系结构

6.2.1经典脉动阵列

6.2.2具有大容量存储器的处理器

6.2.3 SIMD和PIP结构的处理器阵列

6.2.4重构计算机

6.2.5作为原型机的Teramac原理

 6.3小结

第7章 软计算与纳电子学

 7.1软计算方法

7.1.1模糊系统

7.1.2进化算法

7.1.3连接主义系统

7.1.4计算智能系统

 7.2纳电子学中神经网络的特点

7.2.1局部处理

7.2.2分布式与容错存储

7.2.3自组织

 7.3小结

第8章 复杂集成系统及其性质

 8.1作为信息处理机的纳米系统

8.1.1作为功能块的纳米系统

8.1.2作为信息修正的信息处理

 8.2系统设计及其接口

 8.3进化硬件

 8.4对纳米系统的要求

 8.5小结

第9章 集成开关与基本电路

 9.1开关和互连线

9.1.1理想开关和实际开关

9.1.2实际互连和理想互连

 9.2典型集成开关及其基本电路

9.2.1典型开关实例：晶体管

9.2.2常规的基本电路

9.2.3 阈值门

9.2.4 Fredkin门

 9.3小结

第10章 量子电子学

 10.1量子电子器件

10.1.1即将出现的电子器件

10.1.2介观结构中的电子

 10.2量子电子器件举例

10.2.1短沟道MOS晶体管

10.2.2分裂栅晶体管

10.2.3电子波晶体管

10.2.4电子自旋晶体管

10.2.5量子单元自动机

10.2.6量子点阵列

 10.3小结

第11章 生物电子学与分子电子学

 11.1生物电子学

11.1.1分子处理器

11.1.2作为生物芯片的DNA分析器

 11.2分子电子学

11.2.1概述

11.2.2 基于富勒聚合物和纳米管的开关技术

11.2.3聚合体电子

11.2.4自装配电路

11.2.5光学分子存储器

 11.3小结

第12章 隧穿器件纳电子学

 12.1隧穿元件

12.1.1隧道效应和隧穿元件

12.1.2隧穿二极管

12.1.3谐振隧穿二极管

12.1.4三端谐振隧穿器件

 12.2谐振隧穿二极管的工艺

 12.3基于RTD的数字电路设计

12.3.1存储器中的应用

12.3.2基本的逻辑电路

12.3.3动态逻辑门

 12.4基于RTBT的数字电路设计

12.4.1 RTBT型MOBILE

12.4.2 RTBT阈值门

12.4.3基于RTBT的多路复用器

 12.5小结

第13章 单电子晶体管

 13.1单电子晶体管的原理

13.1.1库仑阻塞

13.1.2单电子晶体管的性能

13.1.3工艺技术

 13.2 SET的电路设计

13.2.1布线与驱动

13.2.2逻辑与存储电路

13.2.3作为分布电路的一个实例的SET加法器

 13.3 FET与SET两种电路设计的比较

 13.4小结

第14章 超导器件纳电子学

 14.1基础

14.1.1宏观性能

14.1.2宏观模型

 14.2超导开关器件

14.2.1低温管

14.2.2约瑟夫森隧道器件

 14.3基本电路

14.3.1存储单元

14.3.2联想或内容寻址存储器

14.3.3超导量子干涉器件

 14.4磁通量子器件

14.4.1 LC门

14.4.2磁通量子一量子单元自动机

14.4.3具有单磁通器件的量子计算机

14.4.4单磁通量子器件

14.4.5快速单磁通量子器件

 14.5超导器件的应用

14.5.1集成电子电路

14.5.2与场效应晶体管电子电路的对比

14.5.3电标准

 14.6小结

第15章 集成电子学的极限

 15.1对极限的观察

 15.2工艺的更替

 15.3电源和散热

 15.4参数值散布导致的限制效应

 15.5粒子热运动导致的极限

15.5.1德拜长度

15.5.2热噪声

 15.6可靠性作为极限因子

 15.7物理极限

15.7.1热力学极限

15.7.2相对论极限

15.7.3量子力学极限

15.7.4 隧道效应和热噪声引起的相等失效几率

 15.8小结

第16章 集成电子系统的最终目标

 16.1由纳米计算机消除不确定性

 16.2纳米系统中的不确定性

 16.3纳电子学发展中的不确定性

 16.4小结

参考文献