随着集成电路的发展以及器件特征尺寸的不断减小,传统的工艺尺寸已经逐渐不能满足跟器件尺寸密切相关的超大规模集成电路VLSI的发展要求,硅片技术迅速发展的势头有可能在十年内(甚至更短的时间)放慢甚至完全停顿下来。为了更大程度提高电路的集成度,使它继续按照摩尔定律和等比例缩小规律发展下去,就必须在器件工艺方面取得更大的突破。共振隧穿器件RTD (Resonant Tunneling Diode)是目前研究得最为充分及热门的量子器件之一,其微分负阻NDR (Negative differential Resistance)的特性使得RTD天生具有超高速、超高频、超高集成度、高效低功耗等优点,不仅在数字电路中具有广泛的应用范围,在射频RF电路中也得到了高度的重视,在未来VLSI领域有着良好的应用前景。本研究课题将以共振隧穿二极管RTD为核心器件,在二值逻辑和多值逻辑领域对具有各种功能的共振隧穿电路进行研究、设计、分析和实现。文章首先构建了二值共振隧穿电路中的基本逻辑运算单元。在传统数字电路开关-信号代数理论基础上提出了适用于共振隧穿电路的翻转-传输理论,建立了翻转-传输代数系统,用单稳双稳转换逻辑单元MOBILE (Monostable Bistabel Transition Logic Element)实现了两种联结运算的基本电路结构,结合3-level卡诺图,就可以像传统数字电路这样把简单方法运用到共振隧穿基本逻辑运算单元的设计中。运用翻转-传输理论,不仅使得共振隧穿电路的设计更简单灵活,而且提出了共振隧穿电路设计的理论基础和系统的方法。触发器是存储电路的核心,文章提出了二值RTD触发器的两种设计方法,可分别用MOBILE单元和共振隧穿RS锁存单元来设计JK触发器和D触发器,丰富了共振隧穿触发器的种类,弥补了只能用MOBILE来设计RTD触发器的单一性。文章还分析了共振隧穿电路中的开关序列工作原理,提出基于RTD电路的开关模型,以该模型和开关序列工作原理为基础,实现了三值逻辑运算单元的设计,并对现有的三值RTD电路进行了改进。在三值触发器电路中,文章以文字运算为核心,提出了基于文字电路的三值触发器设计方法,实现了具有三轨输出结构的D触发器并具有同步预先置位复位功能。此外,文章对共振隧穿电路的可测试性设计也进行了初步的探讨。以电路故障中最常见的短路故障和开路故障为主,分析了共振隧穿电路中的各种物理故障并建立了故障模型,设计了测试网络,根据不同的测试向量,可分别用于测试二值和三值共振隧穿电路故障。最后,在总结全文的基础上,提出了本学位论文尚未完成和有待进一步研究和探索的一些问题。