随着硅基晶体管特征尺寸的不断减小,器件的短沟道效应愈发严重。二维材料纳米级的物理厚度和抑制短沟道效应的特点有望进一步缩小器件尺寸,其中具有合适禁带宽度的MoS2被认为是替代传统硅材料最有希望的材料。但在MoS2晶体管中栅极介质会带来界面缺陷和杂质散射等问题,严重影响了MoS2沟道中载流子的传输。所以通过优化工艺减少界面散射是提升MoS2器件性能的重要科学问题。器件仿真能够指导和验证实验,因此开展器件仿真工作具有重要意义。此外,面向未来二维材料在集成电路中的应用,如何实现基于二维材料的高性能CMOS电路集成是二维材料逻辑器件发展的重要问题。根据上述科学问题,论文的研究内容与成果如下:（1）以机械剥离的MoS2为沟道材料制备了场效应晶体管,通过在ALD生长Al2O3过程中原位掺杂NH3优化了介质沉积工艺,减小了表面粗糙度,改善了沟道与栅介质之间的界面态,实现了MoS2 FET的性能提升。通过改变NH3在介质生长中的掺杂顺序得到了不同的掺杂介质（AlON和AlNO）,电学测试结果表明,以AlON为栅极介质制备的器件性能最好,获得的电流开关比为3.56×10~6,亚阈值摆幅为105m V/dec,阈值电压为-0.12 V,界面态为1.79×1012e V-1cm-2。（2）使用Sentaurus TCAD软件构建了MoS2 FET的器件结构和仿真模型,研究了不同栅长、界面陷阱浓度以及栅极介质材料对器件性能的影响。结果表明随着栅长减小,沟道电阻减小,器件的漏极电流增大,亚阈值摆幅增大;当界面陷阱浓度增加时,器件的亚阈值摆幅增大;不同栅极介质材料对器件的影响主要取决于介质材料的k值,随着k值的增加,栅极对沟道的调控作用越强,器件的性能越好。（3）以MoS2为n沟道材料,WSe2为p沟道材料制备了二维CMOS反相器,并优化了反相器的制备工艺。实验过程中设计了两种光刻顺序—N-first和P-first,即在NMOS上集成PMOS的工艺和在PMOS上集成NMOS的工艺。对反相器中单个晶体管进行了测试,结果显示N-first反相器中MoS2 FET表现出了良好的n型特性,而P-first反相器中WSe2 FET展现出了优异的p型特性,实验结果说明了不同光刻顺序对器件性能的影响。最后对反相器进行了测试,两个反相器都实现了逻辑功能,P-first反相器表现出了更好的性能,当电源电压为2.5 V时,最大增益12。