真空电子器件受限于其体积、真空封装和高压工作,无法集成化、小型化。随着微纳加工技术的不断发展,真空电子器件的微型化重新进入研究者的视线。先进的微纳加工工艺可以将真空沟道的尺寸压缩至纳米量级,远小于电子在大气下的平均自由程,使以纳米真空沟道为核心的新型纳米真空电子器件,在继承传统真空电子器件优点的同时,大大提高了与固态器件工艺和电路设计的兼容性,有望成为在高速高频、抗辐照、高可靠方面具有显著优势的新一类可集成的真空电子器件。本文以全背栅型纳米真空沟道晶体管为研究对象,通过优化结构及材料参数改善其直流特性,在此基础上探究了器件频率特性,研究了纳米真空沟道晶体管的小信号等效电路模型,取得的研究成果如下:优化了源极形貌以提升其场增强因子,优化栅极介质层并提出对准式栅极结构,降低了工作电压并提高了漏极输出电流,增强了栅极的调控性能;在器件直流特性优化的基础上,对器件的频率特性进行研究,分析了沟道尺寸、栅极形貌、栅极介质层厚度和材料及静态工作点对截止频率和最大振荡频率的影响,上述结构或材料参数得到优化,平面纳米真空沟道晶体管的截止频率和最大振荡频率得到了显著提升,有望在太赫兹器件方面取得突破;研究了纳米真空沟道晶体管小信号等效电路模型,初步探索了射频放大应用并提出了器件改进思路,针对器件的制备工艺和需要在真空中测试的特点,研究了纳米真空沟道晶体管小信号等效电路模型寄生参数的提取方法和步骤,给出了器件本征参数的提取流程。