半导体产业一直在飞速地发展,电路设计、晶体管和制备工艺等层面都取得了很大进步。当前集成电路产业界广泛应用的核心器件是鱼鳍式场效应晶体管(FinFET),然而随着工艺节点即将进入5纳米甚至3纳米以下,利用FinFET器件来实现更快的开关速度及更低功耗已经十分困难。环栅场效应晶体管(Gate All Around Field Effect Transistor,GAAFET)由于具有更好的栅极控制特性,能够实现更好的开关特性及更有效的抑制短沟道效应,被认为是替代FinFET的最佳候选者。然而GAAFET沟道制备工艺十分复杂,工艺随机波动在小尺寸下表现十分明显,工艺波动对器件和电路电学性能的影响需要格外重视。针对GAAFET工艺波动及其对SRAM性能影响的问题,本论文的研究内容及成果如下:借助TCAD工具搭建5nm工艺节点GAAFET,对器件的形貌尺寸掺杂等特性进行研究,通过仿真对器件进行直流特性和交流特性的电学参数提取,对GAAFET的电学特性进行分析。基于GAAFET器件结构进行工艺波动性仿真,将随机掺杂波动,界面陷阱波动,金属功函数波动和氧化物厚度变化引入GAAFET进行工艺波动模拟,单次仿真样本量为500,研究不同器件波动的作用表现和相关性,通过结果对比分析不同波动因素对器件电学特性的影响。本文搭建的GAAFET中,氮化钛金属功函数波动引起阈值电压变化最为明显,波动标准差为19.2mV,且陷阱波动和金属功函数波动的影响会相互叠加,需要同时进行考虑。基于GAAFET器件搭建SRAM存储单元并对其进行性能研究。通过6TSRAM存储单元的电学模拟仿真,对其数据的读取、写入和保持状态的性能参数进行提取。结合GAAFET器件波动,提取静态噪声容限在不同器件波动时的变化,对存储单元的抗干扰能力进行深入分析。由于阈值电压的变化会直接静态噪声容限,金属功函数波动对存储单元噪声容限降低影响最为明显,使平均读静态噪声容限降低了11mV,其波动标准差为15mV。在6T-SRAM存储单元的结构中,相比于上拉管和下拉管,传输管阈值电压的波动对存储单元噪声容限的影响更大,传输管电学参数的稳定性十分重要。考虑存储单元的功耗优化,从其读取能力、写入能力、漏电功耗和静态噪声容限的角度对降低存储单元的电源电压的影响进行了全面分析,综合评估来寻找SRAM的抗干扰能力和功耗优化的方案。论文工作对纳米工艺条件下GAAFET器件结构设计优化,器件不同工艺波动的影响,SRAM存储单元的稳定性分析等方面具有很好的指导意义。