首先,采用一种量子力学模型研究纳米碳基场效应管电流特性,该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解。结合器件的工作原理,研究基于栅工程和沟道工程技术的碳基场效应管输运特性。其次,在器件电学特性研究的基础上,将研究范围扩展至电路,分析采用栅工程和沟道工程碳基场效应晶体管构建的电路性能。最后,研究场效应晶体管栅极隧穿电流对与门电路逻辑操作的影响。主要研究内容如下:(1)研究基于沟道工程和栅工程技术构建纳米碳基场效应管的输运特性。基于多体量子NEGF方法,研究了异质栅和沟道轻掺杂纳米碳基器件的沟道电流特性,研究结果表明,碳基器件具有与一般场效应管类似的共性:如栅长减小,DIBL效应增大;栅氧厚度的减小能提高器件亚阈特性。与普通单栅相比,异质栅结合沟道轻掺杂器件不仅具有更优的栅控能力,能更好地抑制短沟道效应,具有更低的泄漏电流、更高的电流开关比。另外,在量子输运模型基础上,讨论碳基器件载流子输运特性,探索接近最终缩小极限的器件设计理论问题,并以国际半导体技术发展指南(ITRS’10)提出的2016-2024年晶体管指标为目标参量,进行新器件结构的工程设计优化。(2)在器件电学特性的基础上,基于Verilog-A查找表模型,利用HSPICE分析几种新型结构器件所构建电路,包括基于异质栅结合沟道轻掺杂CNTFET反相器(LHCINV)和6管的静态随机存储器(LHCSRAMs)的电学特性。结果表明,LHCINV具有较低的上升和下降延迟,较低的功耗和功耗延迟积(PDP)。LHCSRAMs具有较低的写数据延迟,较低的功耗和PDP。(3)利用薛定谔方程求解场效应管的栅极隧穿电流,利用查找表模型的HSPICE分析发现,器件氧化层栅极隧穿电流会对电路的逻辑功能产生影响,导致电路逻辑操作失误。