隧穿场效应晶体管(TFET)基于带带隧穿原理工作,其亚阈值摆幅能够突破MOSFET亚阈值摆幅的理论极限60mV/dec,具有较大的研究价值和应用潜力。传统TFET面临着四个主要的问题,分别是:1.开态电流较小;2.存在双极性电流;3.栅漏电容较大;4.需要制造高掺杂突变结。针对开态电流较小和存在双极性电流的问题,研究者们提出了许多新型的器件结构,包括短栅TFET、非单一栅介质的TFET、栅覆盖到源区的TFET、双功函数TFET以及双功函数异介质TFET等,新型器件结构能够提升TFET的开态电流以及减小TFET的双极性电流,改善了TFET的性能。对于新型的TFET结构,解析模型能够更直观的描述结构参数与性能之间的关系,并能为结构的进一步优化设计提供理论指导。可是这些新型器件结构通常比传统TFET的结构更加复杂,具有非统一的边界条件,增加了理论建模的难度,目前缺少与这些结构相对应的解析模型。为了更好的描述器件的性能并为器件设计提供参考,本文针对传统的双栅TFET、基于二维泊松方程建立了具有统一栅极边界条件的双栅TFET的解析模型,并针对由该结构衍生出的具有多栅电极材料、多栅介质层厚度等复杂边界的新型器件结构建立了具有非统一栅极边界条件的双栅TFET的解析模型。本文从器件沟道表面电势、沟道中心电势和沟道表面电场对解析模型计算的结果和TCAD数值仿真的结果进行了比较,结果表明解析模型和数值仿真得到的电势和电场在沟道表面和中心都吻合良好,验证了解析模型的正确性。在解析模型指导下,本文对降低双极性电流方面的优化设计及应用展开了研究。本文对栅电极覆盖到漏区TFET的栅介质层厚度进行了分析和优化,发现栅覆盖到漏区TFET的栅介质层存在一个最优厚度,该最优厚度下TFET的双极性电流最小。根据这一结论,我们提出了一种新型的、具有台阶式栅结构的双栅TFET(SSG-TFET),将具有非统一栅极边界条件的双栅TFET模型应用到SSG-TFET,得到SSG-TFET的解析模型。本文从仿真和模型的角度分别对SSG-TFET的最优厚度展开了深入研究。仿真结果表明,SSG-TFET的最优厚度随着沟道厚度增大而减小,随着栅电极覆盖到漏区的长度增大而增大,与解析模型预测一致。器件的解析模型是连接电路模型和器件设计的桥梁,具有重要的意义,本文建立的解析模型能够吻合数值仿真结果并预测器件优化方向,具有现实的意义。