随着半导体集成电路集成度的不断提高,传统微电子器件的应用和发展受到了前所未有的挑战,而单电子晶体管具有在纳米尺度出现的典型的量子效应,在功耗和工作速度等方面相对于传统的微电子器件具有明显的优势。很有可能成为一种新型的数字电路集成器件。因此,电子晶体管及其相应数字电路的研究已成为目前器件研究领域的热点之一本文在分析单电子晶体管工作原理的基础上,首先介绍了当前基于单电子晶体管的二值数字电路设计,重点阐述了互补型反相器、MOS/SET反相器和电阻/电流反相器设计原理,在此基础上,提出了R-SET结构反相器。然后,以R-SET结构反相器为基础,设计了基于该结构的或非门和一位数值比较器,并提出了基于该结构的相关触发器的设计方法及具体电路。其次,本文在深入分析单电子晶体管结构特点的基础上,提出了一种新型的基于单电子晶体管的非对称结构,利用该非对称结构设计了非对称结构的或非门和与非门电路,并提出了非对称结构的通用与非-或非结构,利用或非门所具有的完备性,更进一步设计了基于非对称结构的组合电路,同时也实现了该结构电路的触发器电路设计。另外,以D触发器为例,对非对称结构、R-SET结构和互补型SET这三种结构的性能进行比较,并通过仿真得出R-SET结构和非对称结构的D触发器的性能特点和优势。最后,本文在二值结构电路研究的基础上,提出了基于单电子晶体管的三值文字电路、三值与门、三值或门电路的三值格代数完备性电路,并设计了该完备性电路的基本三值T门电路和电平触发的三值触发器结构,同时也设计了基于单电子晶体管库伦台阶效应的多值电路以及该结构的三值反相器电路,与门电路,或门电路。本文所设计的电路经SPICE仿真结果表明,设计的基于单电子晶体管的电路逻辑功能正确,并且具有功耗低,延迟小等特点。