GaN基HEMT器件具有的大电流、高功率及良好的频率特性，可覆盖2-40GHz频段内的无线通讯领域，尤其是在基站、远距离空间通讯等需要高功率、高效率的领域具有广泛的应用前景。目前，国际上研究的热点主要在减小GaN基HEMT器件直流或交流信号下自加热和热电子效应，以及消除器件在射频信号下的热电子和电流坍塌效应，并取得了一些进展。但目前的器件性能水平，难以满足军用和民用技术发展的需要。为了进一步提高GaN基HEMT器件的性能，建立可与不同工艺水平相适应的器件模拟平台是十分必要的。GaN基HEMT器件的制作非常复杂，周期长且价格昂贵，这使得器件模拟技术成为器件发展的一个重要工具。通过器件模拟技术，人们能知道是什么物理因素制约了器件性能，从而改善器件性能。它不仅减少了开发的费用，而且为提高产品的质量、可靠性和性能，为器件的优化提供了一种切实可行、省时省力的方法。器件模拟技术已经成为GaN基HEMT器件设计和制作中的一个重要工具。　　 本文以提高GaN基HEMT器件性能所面临的主要问题和难点为出发点，致力于应用HEMT器件的数值模拟，对国际上新型的GaN基HEMT或MOS-HEMT进行性能分析、优化和设计。其主要内容如下：　　 1.GaN基MOS-HEMT器件的电学性能分析。理论计算了GaN基MOS-HEMT器件各界面的极化电荷浓度，将极化电荷模型耦合到数值模拟中。研究了GaN基MOS-HEMT器件的自加热和热电子效应对MOS-HEMT器件输出特性的影响。　　 通过计算不同沟道和源漏外延层长度的自加热晶格温度和饱和电流变化，对器件的尺寸进行了优化。　　 2.GaN基HEMT器件的热电子效应研究。理论计算了GaN基HEMT器件各界面的极化电荷浓度，将极化电荷模型耦合到数值模拟中。采用流体动力学和非等温模型，系统地研究了GaN基HEMT器件的热电子效应以及由该效应引起的电流坍塌效应。采用陷阱俘获和离化平衡模型成功解释了GaN基HEMT器件的漏极电流坍塌现象。数值模拟证实了陷阱俘获的电子数会随着时间和电压的不断增加而增多，且到达平衡后会出现饱和现象，并定性地得到了特征脉冲宽度和深度。　　 3.GaN基MOS-HEMT和HEMT器件的优化设计。结合稳态和瞬态数值模拟结果，设计了新型的GaN基量子阱MOS-HEMT或HEMT器件。详细阐述了减小MOS-HEMT和HEMT器件的热电子效应和电流坍塌效应的具体措施，为器件性能的提高提供了理论依据。漏极瞬态模拟显示器件在不同瞬态模式下陷阱是不断充放电的，陷阱的充放电导致沟道内的二维电子气浓度不断变化，因此漏极电流在瞬态偏压下出现了电流坍塌效应。模拟发现AlGaN/GaN/AlN量子阱结构的HEMT器件可以减小漏极滞后效应。　　 4.FinFET器件的量子和短沟道效应的分析。MOSFET器件进入超深亚微米以后，短沟道效应变得越来越显著。亚50纳米N沟道FinFETs由于受到自对准双栅对Fin沟道的强电场作用，短沟道效应受到了很好地抑制，亚阈值特性变好，为器件尺寸的进一步缩小奠定了基础。可以通过改变沟道宽度和沟道长度来控制MOSFET的短沟道效应，从而优化MOS器件。模拟结果表明经典方法无法真实模拟纳米尺寸FinFETs器件，量子方法对模拟纳米FinFETs非常重要。