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本文采用非平衡格林函数和泊松方程自洽求解的量子模型,探讨不同结构的碳基场效应管的输运特性。在器件电学特性的研究基础上,利用Verilog-A建立查找表模型,在SPICE中构建电路,研究不同结构碳基场效应晶体管构成的电路性能。此外,本文研究了硅基自旋场效应管的输运特性及其构成逻辑电路的性能。本文的主要内容涉及以下几个部分:首先,本文提出一种综合非对称峰值掺杂与轻掺杂结构的n-i-n型GNRFETs(HALOLDD-GNRFETs),并与传统的GNRFETs(C-GNRFETs)、轻掺杂结构GNRFETs(LDDGNRFETs)进行比较,结果表明HALO掺杂与LDD掺杂结构显著地提高了器件的开关电流比与电压增益、减小了亚阈摆幅、抑制了短沟道效应。此外,还分别探讨了基于HALO-LDD-GNRFETs、LDD-GNRFETs、C-GNRFETs的异或门与全加器电路的性能,结果表明基于HALO-LDD-GNRFETs的异或门与全加器具有更小的功耗和功耗延迟积(PDP),且基于HALO-LDD-GNRFETs实现了D触发器与多路复用电路。其次,本文提出了一种异质轻掺杂结构的p-i-n型CNTFETs(LD-HTFETs),并与普通高K结构隧穿场效应管(HK-TFETs)、异质隧穿场效应管(HTFETs)进行比较,结果表明异质结构与轻掺杂结构能够有效地提高开关电流比与截止频率、减小亚阈摆幅与栅电容,使得LD-HTFETs具有较好的静态特性与高频特性。在研究这三种器件构成的逻辑电路中,发现基于LD-HTFETs的电路具有低延迟、低功耗、低PDP以及良好稳定性的特点,且用LD-HTFETs实现了三值反相器电路。最后,基于非平衡格林函数探讨了硅基自旋场效应管(spinFET)的输运特性,主要研究了铁磁平行与铁磁非平行这两种情况,随后用spinFET实现了逻辑电路功能,并与传统的硅基场效应管构成的电路相比较,基于spinFET的电路具有更低的功耗和更低的PDP。