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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MOBILE214

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