多栅结构因其优良的短沟道效应抑制能力成为工业用主流器件，但器件尺寸的继续缩小，导致突变结的形成受工艺和物理的双重限制。而源漏区和沟道掺杂一致的无结多栅器件保持了卓越的栅控能力，克服了突变结形成和掺杂控制的困难，有望成为下一代主流器件结构备选之一。但无结多栅器件走向应用之前，需解决工艺波动和性能提升存在的诸多问题。刻蚀不均匀性和线边缘粗糙度作为工艺制备中不可避免的波动，探索其对无结器件性能的影响和机制变得尤为重要。同时驱动能力和泄漏电流作为关键的器件性能，无结器件需要克服沟道高掺杂和隧穿效应的影响，并探明器件的按比例缩小潜力。　　针对亚22纳米无结多栅器件，探讨其沟道垂直非均匀性对器件亚阈值特性、阈值电压和开态电流等各项性能的影响。通过与传统反型器件对比，结果显示无结多栅器件更加有效的抑制了垂直非均匀沟道引起的性能波动。而沟道非均匀性引起的性能波动程度大于掺杂浓度的影响。提出多栅器件Fin高宽和倾斜角的关系线用以指导器件参数设计和工艺控制精度。基于层状近似，建立了描述开态电流随倾斜角变化的模型。利用High-k Spacer有效抑制因倾斜角引起的亚阈值性能波动，优化Spacer结构参数，推进无结多栅器件尺寸继续按比例缩小。　　基于自相关函数功率谱方法产生线边缘粗糙度，开展其对无结多栅器件性能影响的三维数值模拟研究。通过统计分布、平移率和波动率评价线边缘粗糙度对器件性能的影响程度，与传统反型器件对比的结果显示，无结器件开态电流和亚阈值斜率受线边缘粗糙度影响的波动率分别在21.6％和3.84％，与传统反型器件接近。阈值电压和漏致势垒降低特性的波动率分别为传统反型器件的2.6倍和1.7倍。而泄漏电流波动率达12600％需要进一步的优化。探讨了沟道宽度和宽窄位置变化对性能的影响程度。　　在无结器件中引入不同功函数的双材料栅结构，利用双材料栅之间不同的功函数形成电势台阶，在沟道中产生电场峰，抬升源端附近电场提前加速载流子，增强无结器件电流驱动能力。同时利用亚阈值状态器件形成的能带台阶，减小漏区附近导带和价带的重叠，扩展隧穿距离，抑制无结器件隧穿泄漏电流。结果显示通过优化功函数差和控制栅比例，驱动电流可以提升19.6％，跨导特性增加9.6％，漏致势垒降低值减小26％，并保持优良的高频特性，同时泄漏电流减小两个数量级以上，抑制优势延续到10纳米。可为其他器件研究者提供参考。　　对极限尺寸无结多栅器件的特性展开研究。通过sp3d5s*紧束缚近似方法计算纳米线能带结构，并开发基于非平衡态格林函数输运理论的三维器件模拟器。研究硅纳米线的能带结构特性，探讨应力效应和纳米线宽度对能带结构的影响，验证拉伸和压缩应力对能带的不同作用，基于非抛物线近似提取能带关键参数，结合器件模拟器，展示了无结器件的理想特性。结果表明无结多栅器件在栅长为3纳米、厚度为1.5纳米的极限尺寸下，依然能够保持良好的特性。此极限尺寸下，应力效应对无结器件失去电流提升作用，而采用[110]晶向纳米线的开态电流比[100]晶向增加60％。