随着微电子集成电路技术的不断进步,MOSFET的特征尺寸不断按比例减小,电路集成度不断提高。但是随着晶体管尺寸的缩小,器件的短沟道效应和量子效应问题也变得越来越严重。此外,由于MOSFET室温下的亚阈值摆幅无法低于60mV/decade,因此降低亚阈值电压会增加关断电流,从而导致器件功耗增加。这些问题的出现使得传统CMOS技术已经难以满足集成电路低功耗设计的要求。为了能延续“Moore”定律,解决集成电路的功耗问题,最有效的方法就是研发可以代替MOSFET的新型超低功耗器件。在众多新型超低功耗器件中,基于带带隧穿工作机理的隧穿场效应晶体管（Tunnel Field-Effect Transistor,TFET）在室温下可以实现小于60mV/decade的亚阈值摆幅,不仅有着更低的关断电流,可以在小工作电压下有效降低器件功耗,而且与CMOS工艺技术兼容,是最具发展前景的微纳米低功耗器件之一。目前传统硅基TFET器件存在开态电流比较小、亚阈值摆幅达不到理想值以及存在双极效应等问题,严重限制了TFET在实际电路方面的广泛应用。因此为了改善TFET器件性能,提升开态电流,有效抑制双极效应并提高其射频特性,本文主要从结构工程和材料工程两方面对传统TFET器件进行优化。本文主要研究工作可概括为以下三个部分。1)提出了一种具有异质栅介质结构的Ge/Si异质结L型TFET（GHL-TFET）器件结构。GHL-TFET通过采用窄带隙锗材料作为源区,在源区和沟道界面形成锗硅异质结,缩短了载流子隧穿距离,增加了带带隧穿率,显著提高了开态电流。另外,采用异质栅介质结构,可以降低栅极对漏区/沟道界面的控制能力,增加反向隧穿势垒宽度,进而有效减小双极电流。结果表明,与传统LTFET器件相比,GHL-TFET器件可以实现更高的开态电流,更好的射频特性并且可以有效抑制双极效应。2)提出了一种具有异质栅介质结构的GaAs_0.5Sb_0.5/In_0.53Ga_0.47As异质结Z型TFET（HGD-HZ-TFET）器件结构。通过采用直接带隙的III-V族化合物组成的GaAs_0.5Sb_0.5/In_0.53Ga_0.47As异质结结构,HGD-HZ-TFET形成更加陡峭的隧穿结,降低了载流子的隧穿势垒,极大提升了开态电流。而异质栅介质结构的应用有效抑制了双极效应。另外,HGD-HZ-TFET有着更高的跨导,截止频率和增益带宽积以及更低的寄生电容,表现出更加优良的射频性能。此外,对HGD-HZ-TFET进一步优化发现,当栅极覆盖沟道的左边界与源区/沟道界面对齐时,HGD-HZ-TFET的开态电流最高。而增加Sb组分、减小Ga组分虽然可以对开态电流有所提升,但同时也增大了关断电流,导致器件功耗增加。3)结合现有CMOS工艺技术,设计了GHL-TFET和HGD-HZ-TFET器件的工艺制备方案,为以后的工艺实现奠定理论基础。