单电子器件是依据量子隧穿和库仑阻塞两种现象之间的竞争工作的。它主要包括单电子晶体管和单电子存储器。单电子晶体管具有极小的尺寸、高速度、低功耗和多功能的特点，是目前MOS器件极有希望的替代者。单电子存储器通过操纵单个或者少数几个电子实现信息的存储，具有极低的功耗和极小的尺寸。发展单电子存储器是实现高密度信息存储的一个重要方向。单电子器件工作在传统器件有可能出现机理限制的纳米级尺寸上，可以组合成拥有各种逻辑功能的电路，适合用作特大规模集成电路的基本逻辑运算单元。 由于单电子器件的这些优势，自1985年正统理论提出以来单电子学成为一个非常活跃的研究领域。IBM、Hitachi等许多著名公司和高校都开展单电子器件的理论和实验研究，而且有许多好的成果被报道，其中室温工作的单电子晶体管、超灵敏电荷计和128M的单电子存储器都尤其值得一提。 在基金项目的支持下，本文作者从2001年开始从事单电子器件理论和实验研究，获得了一些成果。 理论上的成果是：提出单电子存储器的保持时间模型和隧道结电阻的解析表达，进行了隧穿事件的时间相关性分析以及推广电源独立作用原理。这些理论能够方便单电子存储器的优化和单电子电路问题的分析。 实验上的成果是：提出了抑制电子束曝光邻近效应的欠显影技术，在非晶态衬底上生长了铟量子点，并采用铟量子点制作了多岛单电子晶体管。基于这些技术我们可以开展单电子器件和电路的研究。这些成果将在论文的各章节具体讨论。 第一章是绪论，主要介绍单电子器件的发展史和基本理论，同时简单介绍了单电子器件常用的一些制作方法。 第二章、第三章是单电子器件的理论研究。在第二章中对单电子存储器的理论进行了研究，提出了单电子存储器的保持时间模型和隧道结隧穿电阻模型，并对单电子存储器的优化设计进行了分析，最后给出了单电子存储器的一些特征参数和极限参数。在第三章中，推广了电源独立作用原理，并在此基础上对隧穿事件的时间相关性和隧穿电流的测量理论进行了研究。 第四章主要研究单电子器件的制作工艺，研究了纳米微细结构的加工和单电子晶体管的制作。同时本章还对非晶态衬底上铟量子点的生长进行了研究，并以MBE生长的铟量子点作库仑岛，制备了铟多岛单电子晶体管。