纳米科学与技术是21世纪的高科技前沿技术,是新时代科学发展的主要内容之一,它的发展将对其它学科、产业和社会产生深远的影响。而纳米电子学是纳米科学与技术这一学科的重要组成部分,它代表了微电子学的发展趋势并将成为下一代电子科学与技术的基础。随着超大规模集成电路的发展,电子器件的特征尺寸越来越小,已经由微米级进入到纳米级,当系统的尺寸小到可以与电子的波长比较的时候,量子效应就成为支配载流子行为的主要因素。这些新现象和新效应给原来的半导体器件带来挑战的同时,也为开发新的器件提供了机遇。量子点和单电子器件等以这些新效应为工作原理的器件成为近年来纳米电子学研究的热点,本文就是在此研究背景下,对单电子晶体管(SET)和量子点细胞自动机(QCA)等单电子器件的理论和建模方面做了一些研究工作,并分别对这些器件在细胞神经网络中的应用做了进一步探讨。本文首先对单电子晶体管数值模拟的两种基本方法主方程法和蒙特卡罗法进行了分析和研究,比较了它们的优缺点后,采用主方程法建立了单电子晶体管模型,并把这一模型与电路模拟软件SPICE相结合,建立了单电子晶体管等效模型。同时结合细胞神经网络与单电子器件的特性,对单电子器件在细胞神经网络神经元的模拟方面展开研究,仿真实现了单电子晶体管细胞神经元模型,并进而对CCD细胞神经网络进行了仿真,仿真结果具有一定的精度。另外,本文也研究了另一种单电子器件-量子点细胞自动机在细胞神经网络的应用,并利用仿真软件QCADesigner对QCA的细胞神经元模型建立的CCD细胞神经网络进行了仿真,取得了良好的效果,实验证明采用单电子器件实现细胞神经网络具有较高的应用价值,更适合集成电路朝着低功耗、高频率工作的发展趋势。