单电子晶体管是一种利用量子隧穿效应和库仑阻塞效应工作的纳米电子器件,基本结构为一个或多个库仑岛通过隧穿势垒与源极和漏极连接,通过电容与栅极耦合。该器件具有纳米级器件尺寸和超低功耗等优点,被广泛认为是最有应用前景的纳米电子器件之一。单电子晶体管实用化的关键是实现室温下的正常工作和提高器件结构的可控性。本文提出了基于有序介孔薄膜的室温单电子晶体管,为解决上述关键问题探索了新途径。围绕基于有序介孔薄膜制备室温单电子晶体管这一核心创新的实现,本文在若干关键技术上进行了理论与技术创新,主要成果如下:第一,从甚小尺寸库仑岛的量子能级特性和库仑岛链的隧穿结构特征两方面出发,建立了甚小尺寸库仑岛单电子晶体管的半经典模型,优化了多岛单电子晶体管的半经典模型,并进一步建立了经验修正的多岛单电子晶体管半经典模型,为室温单电子晶体管的设计与模拟奠定了理论基础。第二,开发了三维六方结构和三维立方结构的金纳米粒子阵列与槽宽十纳米以下的纳米槽阵列的高质量低成本制备工艺,基于二氧化硅有序介孔薄膜,制备出高有序度且尺寸可控的库仑岛阵列、隧穿势垒和纳米槽阵列,为室温单电子晶体管和纳米阵列结构的制备奠定了工艺基础。第三,精确设计了基于有序介孔薄膜的室温单电子晶体管的结构,使隧穿结构完全由化学反应精确决定。开发了相应制备工艺,搭建了纳米电子器件的电学测试平台,制备并测试了基于有序介孔薄膜的室温单电子晶体管。结构表征、电学测试、参数提取与理论模拟结果均与结构设计完全一致,证实了器件的成功制备和基于有序介孔薄膜的室温单电子晶体管优化模型的正确性。