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1.1 引言 1

第1章　时空尺度和输运范围 1

1.2　纳米尺度 2

1.3　介观尺度 3

1.3.1　空间尺度 5

1.3.2　时间尺度和时间（频率）范围 17

1.3.3　回旋加速器频率和半径 18

1.4　电子输运范围 19

1.4.1　量子和介观输运范围 19

1.4.2　经典输运范围 20

参考文献 21

第2章　纳米结构和低维性 22

2.1　2D纳米结构 22

2.2　1D纳米结构 26

2.3　0D纳米结构 31

2.4.1　低维性 35

2.4　低维性和态密度 35

2.4.2　态密度 36

参考文献 50

第3章　纳米结构中的介观现象 51

3.1　Bloch定理和有效质量 51

3.1.1　Bloch定理 51

3.1.2　准动量和有效质量 54

3.2　电导量子化 57

3.3　热导量子化 61

3.4　单电子现象 64

3.4.1　库仑阻塞 65

3.4.2　库仑台阶 67

3.4.3　单电子振荡 69

3.4.4　单库柏对振荡 71

3.4.5　关联效应 72

3.5　人造原子 76

3.5.1　2D人造原子 77

3.5.2　0D人造原子 78

3.5.3　量子化能量 82

3.　6量子环 84

3.6.1　Aharonov-Bohm效应 84

3.6.2　1D介观金属环中的永久电流 87

3.6.3　2D介观金属圆柱壳中的永久电流 88

3.7　量子围栏和量子蜃影 89

3.8　普适电导涨落 98

参考文献 99

第4章　单电子器件和电路 101

4.1　纳米器件 101

4.2　单电子研究简史 105

4.3　性能的理论极限 112

4.4.1　测控条件 113

4.4　测控条件和电源影响 113

4.4.2　电源影响 114

4.5　理论背景 115

4.5.1　正统理论 115

4.5.2　超正统理论 119

4.6　单电子隧道结 121

4.7　单电子箱 123

4.8　单电子晶体管 125

4.8.1 电容耦合单电子晶体管 125

4.8.2　电阻耦合单电子晶体管 147

4.9　单电子陷阱 153

4.10　单电子旋转门和单电子泵 155

4.11　单电子振荡器 156

4.12　单电子电路概论 158

4.13　单电子计量学电路 159

4.13.1　超高灵敏度静电计 159

4.13.2　单电子能谱仪 160

4.13.3　标准直流电流仪 161

4.13.4　标准温度计 162

4.13.5　标准电阻器 162

4.13.6　红外辐射探测 163

4.14　单电子逻辑电路 164

4.14.1　单电子电压态逻辑 164

4.14.2　单电子电荷态逻辑 167

4.14.3　实用化的困难 168

参考文献 170

第5章　纳米MOS器件和电路 185

5.1 实验型纳米MOS器件 185

5.1.1　常规纳米MOSFET 185

5.1.2　单栅全耗尽衬底纳米CMOSFET 193

5.1.3　双栅全耗尽衬底纳米CMOSFET 195

5.1.4　三栅全耗尽衬底纳米CMOSFET 196

5.1.5　垂直沟道型纳米CMOSFET 197

5.2　按比例缩小法则 198

5.2.1　摩尔定律 198

5.2.2　按比例缩小法则理论 201

5.2.3　按比例缩小法则的限制 206

5.3　纳米MOS电路设计分析中的器件模型 219

5.3.1　纳米MOS器件传统模型的比较 219

5.3.2　BSIM-4模型的描述 223

5.4　纳米MOS逻辑电路 271

5.4.1　标准CMOS型 272

5.4.2　非标准CMOS型 274

5.4.3　负载驱动能力和阈值电压变化 282

5.5　纳米MOS模拟电路 285

5.5.1　RF CMOS管 285

5.5.2　RF集成系统 292

5.5.3　纳米CMOS低噪声放大器 294

5.5.4　纳米CMOS混频器 298

5.5.5　纳米CMOS振荡器 300

参考文献 302

第6章　分子器件和电路 311

6.1　发展背景和前景 311

6.1.1　背景 312

6.1.2　发展前景 314

6.1.3　里程碑式的关键技术 316

6.2　分子器件 325

6.2.1　构象变化型单分子晶体管 325

6.2.2　单电子传输型单分子晶体管 325

6.2.3　内部机械运动型单分子晶体管 328

6.2.4　电势调制型单分子晶体管 331

6.2.5　其他可能的单分子器件 331

6.3　聚亚苯基分子逻辑电路 367

6.3.1　聚亚苯基分子二极管逻辑电路 367

6.3.2　聚亚苯基分子晶体管逻辑电路 379

6.4　交叉纳米线电路 380

6.5　碳基纳米电路 382

6.5.1　碳纳米管电路 382

6.5.2　C60机电型电路 384

6.6　卟啉纳米电路 385

参考文献 386

第7章　未来可能的发展 395

7.1 纳米CMOS器件的发展极限 395

7.2 自展开神经网络 396

7.2.1　单电子神经键 396

7.2.2 自由生长神经网络 398

7.2.3　随机分布闩神经网络 402

7.3　混合型纳米ULSI 405

7.3.1　功能型混合集成 405

7.3.2　结构和功能型的混合集成 407

参考文献 420