随着集成电路集成密度的不断增加,金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸越来越小,并且逼近其物理极限。本文主要研究小尺寸效应对MOSFET的栅漏电流、载流子输运和阈值电压的影响。在小尺寸MOSFET栅漏电流方面:主要是关注栅氧化层中氧空位缺陷对栅漏电流的影响,因为氧空位是栅氧化层中影响其可靠性的重要缺陷之一。本文在分析了小尺寸MOS器件栅漏电流的组成机制及现状的基础上,计算了在栅氧化层中随机分布的氧空位对栅漏电流的影响。研究表明单个氧空位对栅漏电流的影响随氧化层厚度的增大而减小,当厚度在特定值以及特定电场下,单个氧空位引起的栅漏电流增加可以被忽略。在小尺寸效应对载流子输运的影响方面:本文利用全能带蒙特卡罗方法,对硅能带的非抛物线性对沟道载流子输运的影响进行了计算。研究表明:能带的非抛物线性对小尺寸器件载流子输运的影响大,与之对比对大尺寸器件载流子输运的影响则不明显。这意味着对于小尺寸MOSFET必须考虑硅能带的非抛物线性对器件载流子输运的影响。在小尺寸器件的量子效应方面:在基于目前的考虑量子修正的Poisson方程的基础上,提出了一个包含量子效应(QME)的短沟道MOSFET的解析阈值电压模型。该分析模型可以很容易地解释随着器件尺寸的减小,由量子效应和短沟道效应引起的阈值电压的升高变得越来越严重的现象。该模型的最大优点是没有引入额外的物理参数。