作为开关元件和驱动电路，非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT）被广泛应用于有源矩阵液晶显示领域。本文对a-Si：H TFT电学特性进行系统研究；基于表面势提出了a-Si：H TFT直流特性和交流特性的紧凑模型，并使该模型具备嵌入电路仿真器的条件。　　 从一维泊松方程和高斯定理出发，考虑禁带中局域态密度及其分布，本文提出与栅压有关的a-Si：H TFT表面势隐含方程；根据数学变换，并合理利用泰勒展开与Schroder级数，提出表面势方程非迭代的解析求解方法。该方法能减少计算机运算时间，为模型嵌入电路仿真器提供实现的条件。　　 基于表面势、局域态密度的双指数分布和有效迁移率近似，结合载流子漂移的输运理论，建立了a-Si：H TFT在正向工作区（包括开启区和正向亚阈区）的电流模型。在建模过程中，对体电阻及其电阻值变化等效应进行系统研究，由此描述a-Si：H TFT输出曲线中电流拥挤与输出电流不饱和等现象。　　 a-Si：H TFT反向工作电流可划分为反向亚阂电流和泄漏电流。参照SOI器件的耗尽近似理论，可对有源层内纵向电场分布做出合理假设；在此基础上分析背沟能带弯曲量与前栅栅压之间关系，推导出a-Si：H TFT的反向亚阈电流模型。结合包含PF效应和热电子场致发射的产生复合模型，求得了器件漏端附近耗尽区内空穴产生率与体内传导的空穴逃逸率，并由此提出a-Si：H TFT的泄漏电流模型。　　 基于半导体器件的输运方程、连续性方程和泊松方程，利用Medici软件对小尺寸a-Si：H TFT进行二维器件仿真，系统研究了沟道长度变化对器件电学性能的影响，并对小尺寸器件的二级效应进行建模。　　 基于局域态密度的双指数分布，同时考虑频率分散效应的影响，推导出a-Si：H TFT的栅-沟道电容模型。在此基础上，结合表面势与有效温度近似，提出a-Si：H TFT本征栅-漏/源电容的解析表达式。　　 在应用中，a-Si：H TFT电学特性受到环境温度和自热效应的影响。基于表面势，并结合器件材料参数与温度之间关系，推导出a-Si：H TFT温度模型。从一维能量方程出发，结合微纳传热理论与边界条件，提出a-Si：H TFT的沟道热阻模型；采用该模型，可描述器件的自热效应和输出曲线的翘曲现象。基于沟道热阻模型，同时考虑沟道内横向热流量、金属互联线尾端温度与场氧化层的影响，建立了a-Si：H TFT的二维热阻模型，为描述沟道中温度横向分布和电热可靠性研究提供理论。　　 针对本征双栅器件，近似描述了有源层内电场和电势的纵向分布，并由此得到双栅器件中前、背沟表面势之间关系。在此基础上，基于一维泊松方程和高斯定理，对双栅a-Si：H TFT中前、背沟表面势进行数值迭代求解。考虑器件中前、背沟之间的电荷耦合效应，基于表面势推导出双栅a-Si：H TFT漏电流模型。