在人类社会近五十年的发展历程中,半导体技术发挥了举足轻重的作用,它推动着人类社会快速步入信息化时代,是现代人类社会的基石技术之一。在过去五十多年,半导体器件尺寸一直沿着摩尔定律按比例缩小,单个微处理器芯片上场效应晶体管的数量从最早的几千个增长到今天的几百亿个,高集成度的半导体器件深刻地改变了整个人类的发展历史和每一个人的生活方式。场效应晶体管作为实际应用中最常见的半导体器件,是静态随机存取存储器、动态随机存取存储器、中央处理器芯片中的核心器件。随着半导体技术在新材料、新结构、新原理上的发展,场效应晶体管尺寸不断减小,但同时也出现了更多的可靠性问题,一些微小的器件特性扰动就会使半导体芯片失效。在纳米场效应晶体管中存在非常多的可靠性问题,例如漏电、偏压温度不稳定、热载流子注入和随机电报噪声等。本文所聚焦的是纳米场效应晶体管可靠性问题中的随机电报噪声现象。国际上在上世纪八十年代末就已经开始了对随机电报噪声的研究,近年来随着器件尺寸的进一步减小,场效应晶体管相关的参数,例如源漏电流,阈值电压等都会对扰动变得更加敏感。场效应晶体管中栅极介质层中缺陷所引起的沟道电荷俘获和放出会带来沟道电流的瞬态变化,即随机电报噪声,会对电路正常运行造成巨大的影响。本文系统研究了纳米场效应晶体管中随机电报噪声的基本性质,并利用其物理随机性提出了一种基于随机电报噪声的真随机数生成方案。本文的第一部分工作是对纳米场效应晶体管中的随机电报噪声在固定栅极电压测量方式下的基本性质进行了系统研究,包括随机电报噪声的时间常数统计分布特性、栅极电压依赖特性、源漏电压依赖特性、温度依赖特性、缺陷分布特性、频率依赖特性,并对测试结果进行了深入分析和理解。本文的第二部分工作是通过两种非固定栅极电压测量方法（两点法和周期交流电压法）对随机电报噪声性质进行了拓展研究。由于固定栅极电压测试随机电报噪声存在观测窗口,无法获得在比较广的栅极电压范围内的随机电报噪声性质,这限制了对随机电报噪声机理的进一步探索。本文基于两点法研究了观测窗口外较大栅极电压范围内的随机电报噪声的电流幅值波动特性,并采用了周期交流电压法研究随机电报噪声在观测窗口外的时间常数特性。本文的第三部分工作是基于随机电报噪声在非固定栅极电压下的随机性提出了一种真随机数生成方案。在研究周期交流电压对随机电报噪声的影响过程中,本文发现在测量电压前施加的前置电压会让缺陷的状态发生明确的变化,如果前置电压是低值,缺陷在测量电压刚开始施加的时候会处于释放状态,即随机电报噪声的幅值会首先处于高值,之后经过一段时间下降,这个时间跟该器件在施加测量电压后的时间常数紧密相关,并且其值是随机的。基于这种随机性,在特定条件下通过判定测量电流值的高低可以生成真随机数。本文通过对纳米场效应晶体管中随机电报噪声性质的系统研究,为厘清随机电报噪声机理和探索抑制缺陷噪声策略提供了基础核心数据,为深入研究纳米晶体管随机电报噪声提供了重要的测试技术;同时,本文利用随机电报噪声的物理随机性提出了一种基于噪声的真随机数生成方案,为拓展随机电报噪声的应用提供了一种新型思路。