碳纳米管是近年来纳米电子学研究领域中的一个重要热点，其独特的材料和电学特性已经使得它逐渐成为纳电子器件研究中的基础材料之一。它不仅可用于制备场效应晶体管(FET)，从而可望在未来的集成电路中获得应用，而且还可以实现一些重要的功能性纳电子器件，如光电转换、化学传感、生物探测等等。近年来，基于碳纳米管的纳电子学研究已经取得了突飞猛进的发展，目前已经可以制备出高性能的场效应晶体管，并且在此基础上进一步实现了一些简单的逻辑电路，如反相器、与非门、或非门和环形振荡器等。但是尽管如此，目前仍然有许多亟待解决的问题有待于进一步深入研究，其主要表现在以下几个方面：(1)器件特性与机理相关。碳纳米管管束或网络作为一种更为普遍的电学材料，其器件应用及机理仍不明确。(2)器件性能调控相关。尽管钾注入已经实现在真空条件下调控FET的性能，但是目前仍然无法稳定实现在大气环境下对SwNT-FET进行改性。(3)器件应用相关。碳纳米管除了可以实现逻辑器件(FET)外，也可望在存储器件方面获得潜在应用，目前对此领域的研究仍然处在探索阶段。(4)器件集成相关。目前，利用碳纳米管实现高密度集成电路仍然困难重重，制备高密度的碳纳米管交叉阵列仍然是碳纳米管电子学中的一个重大难题。 针对上述碳纳米管纳米电子学所面临的诸多问题，本论文主要在以下几个方面展开具体研究： 首先是不同结构和形念的碳纳米管材料在纳电子器件领域中的应用以及器件机理。本论文介绍了利用电学击穿的方法实现基于MWNT、DWNT和SWNT管束的场效应晶体管，并通过对器件特性进行对比，分析了几种材料在纳电子器件研究中的不同优势；还同样利用电学击穿的方法制备了基于SWNT网络的单电子器件，并对上述器件的机理进行了定性分析，在主流的Schottky势垒模型的基础上提出了电学击穿过程对于Schottky势垒的重要影响。 其次是SWNT-FET的掺杂。本论文深入研究了填充有C<,60>和C<,70>分子的SWNT豆荚的输运特性，利用电学击穿的方法获得了基于SwNT豆荚管束的场效应晶体管以及基于SWNT豆荚网络的栅控二极管，并对器件机理及载流子输运过程进行了深入分析，揭示了SWNT豆荚器件的工作机理仍然取决于Schottky势垒，而非掺杂引起的能带调制效应，其载流子输运机制主要是通过Schottky势垒的热辅助隧穿过程；本论文还首次研究了Au纳米颗粒修饰对于SWNT-FET性能的影响，在大气环境下通过Au颗粒修饰实现了对于SWNT-FET性能的稳定调制，并对Au纳米颗粒修饰前后SWNT的Raman光谱进行了研究，发现了Au颗粒修饰所导致的Raman增强效应，对其增强机制进行了定性解释。第三是SWNT-FET的回滞效应及其存储器应用。本论文深入分析了回滞效应的影响因素及其机理，发现了回滞效应与极性分子吸附的依赖关系，并提出了水分子极化模型并对回滞效应进行了系统解释；本论文还首次利用回滞效应构建了基于SWNT的2-bit存储器，并对基于回滞效应的SWNT存储器的编程/擦除特性进行了系统研究，发现了这种存储器在实际应用中的若干问题，对其性能和实用性作出了较为全面的分析和评估。 最后是碳纳米管组装技术。本论文研究了碳纳米管在交流电场下的排布特征，发现并总结了碳纳米管沿着电力线分布进行排列的特征，并由此进一步实现了多个碳纳米管器件的同时组装；本论文还提出了利用Van der Waals力和液体表面张力的综合作用来组装碳纳米管的交叉结和交叉阵列的方法，并在实验上进行了尝试，获得了碳纳米管在单方向上的有序排列，并由此得到了较多的碳纳米管交叉结，为高密度交叉阵列的实现奠定了基础。