纳电子学与纳米系统 从晶体管到分子与量子器件 from transistors to molecular and quantum devicesPDF电子书下载

第1章 发展中的纳电子学 2

1.1 微电子学的发展 2

1.2 纳电子学的范围 5

1.3 复杂的问题 8

1.4 纳电子学提出的挑战 10

1.5 小结 12

第2章 硅技术的发展潜力 14

2.1 半导体基础材料 14

2.1.1 半导体的能带图 14

2.1.2 非均匀半导体结构的能带图 16

2.2.1 不同类型的晶体管 17

2.2 技术 17

2.2.2 微细加工技术 20

2.3 关于硅器件微型化的方法和限制 23

2.3.1 按比例缩小 24

2.3.2 硅技术发展的里程碑 26

2.3.3 对技术极限的估计 27

2.4 微电子机械系统（MEMS） 32

2.4.1 微机械技术 32

2.4.2 纳电子学的微机械加工 33

2.5 集成光电子学 35

2.6 小结 39

3.1.1 电磁场和光子 42

第3章 纳电子学基础 42

3.1 若干物理基础 42

3.1.2 作用量、电荷和磁通量的量子化 44

3.1.3 电子的波动性（薛定谔方程） 45

3.1.4 势阱中的电子 48

3.1.5 固体中光子与电子相互作用 49

3.1.6 扩散过程 51

3.2 信息理论基础 55

3.2.1 数据和位 55

3.2.2 数据处理 59

3.3 小结 63

4.1.1 生物神经元 66

第4章 生物学衍生的思想 66

4.1 生物网络 66

4.1.2 神经元细胞的功能 69

4.2 生物学衍生的思想 72

4.2.1 硅片中的生物神经元细胞 72

4.2.2 用VLSI电路模拟神经元细胞 74

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 77

4.3 小结 80

第5章 生物化学和量子力学计算机 82

5.1 DNA计算机 82

5.1.1 通过化学反应进行信息处理 82

5.1.2 纳米计算机 83

5.1.3 并行处理 86

5.2 量子计算机 88

5.2.1 比特和量子比特 88

5.2.2 一致与缠结 91

5.2.3 量子的并行化 91

5.3 小结 93

第6章 纳米系统的并行体系结构 96

6.1 体系结构原理 96

6.1.1 单处理器和多处理器系统 96

6.1.2 对于并行数据处理的一些考虑 98

6.1.3 延迟时间的影响 99

6.1.4 功耗与并行性 101

6.2 纳米系统中并行处理的体系结构 103

6.2.1 经典脉动阵列 103

6.2.2 具有大容量存储器的处理器 105

6.2.3 SIMD和PIP结构的处理器阵列 106

6.2.4 重构计算机 108

6.2.5 作为原型机的Teramac原理 110

6.3 小结 112

第7章 软计算与纳电子学 114

7.1 软计算方法 114

7.1.1 模糊系统 114

7.1.2 进化算法 119

7.1.3 连接主义系统 120

7.1.4 计算智能系统 123

7.2 纳电子学中神经网络的特点 124

7.2.1 局部处理 124

7.2.2 分布式与容错存储 125

7.2.3 自组织 127

7.3 小结 129

第8章 复杂集成系统及其性质 132

8.1 作为信息处理机的纳米系统 132

8.1.1 作为功能块的纳米系统 132

8.1.2 作为信息修正的信息处理 133

8.2 系统设计及其接口 135

8.3 进化硬件 137

8.4 对纳米系统的要求 138

8.5 小结 140

第9章 集成开关与基本电路 142

9.1 开关和互连线 142

9.1.1 理想开关和实际开关 142

9.1.2 实际互连和理想互连 146

9.2 典型集成开关及其基本电路 150

9.2.1 典型开关实例：晶体管 150

9.2.2 常规的基本电路 151

9.2.3 阈值门 153

9.2.4 Fredkin门 156

9.3 小结 158

第10章 量子电子学 160

10.1 量子电子器件 160

10.1.1 即将出现的电子器件 160

10.1.2 介观结构中的电子 162

10.2 量子电子器件举例 164

10.2.1 短沟道MOS晶体管 164

10.2.2 分裂栅晶体管 166

10.2.3 电子波晶体管 167

10.2.5 量子单元自动机 169

10.2.4 电子自旋晶体管 169

10.2.6 量子点阵列 173

10.3 小结 175

第11章 生物电子学与分子电子学 178

11.1 生物电子学 178

11.1.1 分子处理器 179

11.1.2 作为生物芯片的DNA分析器 182

11.2 分子电子学 183

11.2.1 概述 183

11.2.2 基于富勒聚合物和纳米管的开关技术 185

11.2.3 聚合体电子 186

11.2.4 自装配电路 189

11.2.5 光学分子存储器 191

11.3 小结 193

第12章 隧穿器件纳电子学 196

12.1 隧穿元件 196

12.1.1 隧道效应和隧穿元件 196

12.1.2 隧穿二极管 199

12.1.3 谐振隧穿二极管 202

12.1.4 三端谐振隧穿器件 205

12.2 谐振隧穿二极管的工艺 206

12.3.1 存储器中的应用 209

12.3.2 基本的逻辑电路 209

12.3 基于RTD的数字电路设计 209

12.3.3 动态逻辑门 210

12.4 基于RTBT的数字电路设计 214

12.4.1 RTBT型MOBILE 214

12.4.2 RTBT阈值门 216

12.4.3 基于RTBT的多路复用器 217

12.5 小结 219

第13章 单电子晶体管 222

13.1 单电子晶体管的原理 222

13.1.1 库仑阻塞 222

13.1.2 单电子晶体管的性能 223

13.1.3 工艺技术 227

13.2.1 布线与驱动 229

13.2 SET的电路设计 229

13.2.2 逻辑与存储电路 230

13.2.3 作为分布电路的一个实例的SET加法器 233

13.3 FET与SET两种电路设计的比较 235

13.4 小结 236

第14章 超导器件纳电子学 238

14.1 基础 238

14.1.1 宏观性能 238

14.1.2 宏观模型 240

14.2.1 低温管 241

14.2 超导开关器件 241

14.2.2 约瑟夫森隧道器件 242

14.3 基本电路 244

14.3.1 存储单元 244

14.3.2 联想或内容寻址存储器 245

14.3.3 超导量子干涉器件 245

14.4 磁通量子器件 246

14.4.1 LC门 246

14.4.2 磁通量子-量子单元自动机 247

14.4.3 具有单磁通器件的量子计算机 248

14.4.4 单磁通量子器件 248

14.4.5 快速单磁通量子器件 250

14.5.1 集成电子电路 251

14.5 超导器件的应用 251

14.5.2 与场效应晶体管电子电路的对比 252

14.5.3 电标准 254

14.6 小结 255

第15章 集成电子学的极限 258

15.1 对极限的观察 258

15.2 工艺的更替 259

15.3 电源和散热 260

15.4 参数值散布导致的限制效应 264

15.5 粒子热运动导致的极限 270

15.5.1 德拜长度 270

15.5.2 热噪声 271

15.6 可靠性作为极限因子 272

15.7 物理极限 276

15.7.1 热力学极限 277

15.7.2 相对论极限 278

15.7.3 量子力学极限 279

15.7.4 隧道效应和热噪声引起的相等失效几率 279

15.8 小结 280

第16章 集成电子系统的最终目标 282

16.1 由纳米计算机消除不确定性 282

16.2 纳米系统中的不确定性 284

16.3 纳电子学发展中的不确定性 285

16.4 小结 287