随着器件尺寸的不断缩小，栅极氧化层厚度也不断减小，这导致器件的栅极泄露电流迅速增大，从而影响器件的静态功耗、可靠性以及工作性能。因此，减小栅极隧穿电流是十分重要的。本文从器件结构和栅介质两个方面入手来减小栅极隧穿电流：器件结构方面，主要围绕长沟道圆柱围栅MOSFET器件进行论述；栅介质方面，主要围绕高κ材料进行讨论。文中主要讨论了圆柱围栅结构MOSFET器件的栅极直接隧穿电流。分别建立了长沟道高κ圆柱围栅MOSFET器件栅极直接隧穿电流的解析模型和长沟道高κ栅栈结构圆柱围栅MOSFET器件栅极直接隧穿电流的解析模型。从前者得到的结论是：直接隧穿电流主要是表面势的函数，表面势主要取决于等效氧化层厚度，因此，直接隧穿电流也主要取决于等效氧化层厚度，沟道半径对其影响很小；当等效氧化层厚度为1nm时，采用HfO2栅介质与传统SiO2相比，栅极直接隧穿电流可以减小4个数量级。从后者得到的结论是：栅极直接隧穿电流主要取决于栅栈的等效氧化层厚度，沟道半径对栅极直接隧穿电流无影响；增大栅栈中SiO2层的厚度或者高κ层的物理厚度都可以减小栅极的直接隧穿电流，且高κ层的物理厚度稍有变化，对栅极直接隧穿电流影响非常大；当栅栈结构的等效氧化层厚度保持不变时，SiO2层的厚度越小，栅极直接隧穿电流就越小；当栅栈结构的等效氧化层厚度保持不变时，栅极选用的高κ层材料的介电常数较大，栅极直接隧穿电流就越小。综上所述，本文在长沟道圆柱围栅MOSFET器件结构的基础上，分别建立了高κ栅以及高κ栅栈结构器件的栅极直接隧穿电流的解析模型，此外，三维器件仿真工具ISE的数值计算结果也与模型结果进行了对比，两者结果吻合一致，进而验证了所建立解析模型的正确性。