随着超大规模集成电路的的发展,半导体硅技术非常好地遵循Moore定理发展,电子器件的特征尺寸越来越小;数字集成电路的芯片的集成度越来越高,电子器件由微米级进入纳米级,量子效应对器件工作的影响变的越来越重要,尺寸小于10nm将出现一些如库仑阻塞等新特性。量子效应将抑制传统晶体管FET继续按照以前的规律继续减小。在这种情况下,宏观的器件理论将被替代,可能需要采用新概念的晶体管结构。基于以上考虑,本文研究一些新的基于量子力学原理的器件如量子点细胞自动机(QCA)、单电子晶体管(SET)取代以FET器件为基础超大规模集成电路,主要在单电子晶体管建模和单电子电路综合做了一些研究工作。本文首先对基于曲线拟合单电子晶体管SPICE模拟进行深入系统的研究和探讨,及对单电子晶体管半分析模拟方法也做了深入的研究并进行了MATLAB仿真。然后在此基础上提出了基于主方程法单电子晶体管SPICE模拟新方法,本论文结合当前电路模拟软件SPICE程序和单电子晶体管主方程模拟算法,通过选择单电子岛电子数的主要状态,建立单电子晶体管主方程,然后求解主方程,求得单电子晶体管SPICE等效模型的受控源的非线性函数,然后利用集成电路辅助分析软件SPICE的ABM(模拟行为建模)建立单电子晶体管(SET)SPICE等效模型,利用SET的等效模型对单电子晶体管V-I特性进行仿真,实验证明此方法与直接解主方程法相比具有一定的精度。进而,本文研究了基于单电子晶体管单电子电路应用;研究以薛定鄂(Schr?dinger)方程为基础的量子点细胞自动机电路综合理论,本文以量子细胞神经网络为综合实例,建立耦合量子点的薛定鄂(Schr?dinger)方程组,通过化简得到类似细胞神经网络的非线性电路方程。最后研究了基于量子点细胞自动机数字集成电路设计,通过建立逻辑方程,简化逻辑方程,并设计基于精简QCA择多逻辑门8位加法器,并用QCADesign进行了仿真,实验证明设计正确性。