集成电路的发展一直遵循摩尔定律快速前进,随着晶体管的数量不断增加,同时芯片的性能也在不断提高。目前集成电路的尺寸已经进入纳米级,传统MOSFET中短沟道效应和高频寄生效应等问题日益严重;同时由于MOSFET的亚阈值摆幅受到玻尔兹曼分布的限制,在室温下难以突破60 m V/dec的极限,工作电压VDD不能和器件尺寸等比例缩小,因此传统MOSFET电路功耗问题已经成为延续摩尔定律最大的挑战。为了克服MOSFET的自身物理极限,隧穿场效应晶体管TFET（Tunneling field effect transistor）成为研究学者竞相研究的对象。TFET基于带带隧穿的工作机制,能够在较小的电源电压VDD下获得大的电流开关比,适合低功耗电路的设计。目前科研人员已经针对TFET器件展开了大量基础研究,但对TFET解析模型的研究尚未成熟,还没有能够精确模拟TFET器件端电流以及端电荷的解析模型,这会限制TFET器件及其电路的应用前景。本文主要内容如下:首先,根据TFET的工作原理,提出了一种基于TFET电势模型的电流方程。通过泊松方程推导双栅TFET电势模型,进一步求解最小隧穿距离得到最大隧穿概率,最后将隧穿概率沿着沟道方向进行积分得到隧穿电流。将模型通过SPICE仿真软件写入电路设计中。仿真结果表明所建立的模型能够准确的描述器件的电学特性,且不涉及数值迭代过程,对计算机硬件要求低,模拟效率高,推动了TFET在电路上的深入研究。其次,解决了基于电势模型的互补型TFET反相器电学特性的匹配问题。通过调节PTFET和NTFET的源区掺杂浓度,栅氧化层厚度改善了TFET反相器电学特性不匹配问题,通过改善PTFET和NTFET功函数的不同来调节阈值电压使NTFET与PTFET器件性能得以匹配,解决了CTFET反相器在匹配中PTFET和NTFET特性对称的问题。最后,为了实现高性能,低功耗反相器特性,分别从静态功耗和动态功耗两方面对反相器进行了低功耗设计。采用DTCO理念,探究了TFET物理参数对TFET电学特性的影响,对比了CMOS与CTFET反相器功耗方面的不同,展示了TFET在低功耗电路应用上的潜力。