共振隧穿二极管(Resonance Tunneling Diode,RTD)是基于共振隧穿效应制造的量子器件,具有较高的工作频率和运行速度,又因具有独特的微分负阻NDR(Ngative Differential Resistance,NDR)特性,广泛应用于逻辑电路,振荡器和存储器等研究领域。本文首先介绍了新型量子器件RTD的共振隧穿效应,分析了RTD的两个等效网络以及工作原理。根据RTD的局部滞回特性,在二值滞回开关单元基础上,设计了多值滞回单元电路。并用软件仿真验证了该电路在周期信号激励下能完成多个阻态之间的转换,最后分析了负阻网络参数对滞回特性曲线的影响。基于NDR负阻单元实现的多值滞回电路具有可调的高中低阻态和多阈值电压等特性,非常适合应用于多值逻辑电路的设计。接着根据多值滞回单元电路的输出特性曲线与忆阻器的滞回曲线具有一定的相似性,简单介绍了阈值型忆阻器的电路特性及输出特性曲线,在单向多值RTD滞回单元电路基础上,设计了双向多值RTD多值滞回单元电路,根据RTD和忆阻器相似性分析,将该多值滞回网络应用于多值忆阻器模型的设计,为了得到更接近于理想多值忆阻器的忆阻器电路,然后在R-HBT-NDR负阻网络结构基础上引入一个推挽结构,设计了改进型多值忆阻器模型,最后搭建了硬件电路对改进型多值忆阻器模型进行测试,验证电路设计的正确性。最后将设计的MOS-DNR多值忆阻器用于量化器电路的设计,通过对输入电压的控制,得到量化后的输出信号,并PSPICE软件仿真验证电路设计的可行性。多值滞回单元电路的研究与设计,丰富了RTD电路的基本类型,拓宽了多值逻辑的应用领域,为今后对多值微分负阻电路和多值忆阻器电路的交叉研究领域提供了理论基础。