随着微电子技术的迅速发展,提高集成电路(IC,Integrated circuit)的集成度已经成为一个亟需解决的难题。有效解决这个问题的方法有两个,一是在工艺上减小单个器件的尺寸,二是研发功能优异且尺寸小的新型器件。由于器件尺寸减小会引发一系列功能问题,因此,在近几十年,国内外学者致力于研发各种新型负阻器件,并将其应用于数字或模拟电路,提高了电路时间和空间上的利用率。本文首先介绍了研究较为热门的负阻器件共振隧穿二极管RTD(RTD,Resonant Tunneling Diode),包括其结构、I-V特性、微分负阻NDR特性(NDR,Negative Differential Resistance)等,详细阐述了RTD的几种等效模型及工作原理。RTD由于其独有的负阻特性而广受关注,其在负阻区还具有滞回特性,文章对该特性进行了分析,并设计了基于负阻特性的滞回单元电路,该滞回电路的输出特性曲线与新型器件忆阻器的滞回环曲线有类似之处。因此本文在第三章比较了RTD和忆阻器的类似性,简单介绍了忆阻器的电路特性及输出特性,分析了RTD和忆阻器交叉应用的可行性。在上述理论基础之上,本论文利用RTD的NDR特性最终设计了改进型R-HBT-based(HBT,Heterojunction Bipolar Transistor)忆阻器,该忆阻器不仅输出特性上呈现紧致的滞回曲线,与理想忆阻器的I-V曲线非常接近,而且可以实现可调可控,由于电路结构简单,其硬件实验电路也较易实现。最后论文将设计的改进型R-HBT-based忆阻器应用于逻辑电路的设计中,在分析传统忆阻器MRL系列逻辑门的基础上,利用改进型R-HBT-based忆阻器设计了二值逻辑与门、或门,仿真测试结果验证了设计的正确性。同时本文还设计了基于改进型R-HBT-based忆阻器的三值逻辑电路,设计了三值非门、三值与非门、三值或非门以及二输入端三值D型锁存器。