在量子理论框架下，建立全量子输运模型，采用C语言自主编制各种纳电子器件模拟程序，可分别模拟计算纳米MOS器件的栅泄漏电流、MOS器件沟道电流，纳米存储器的编程(开态)和保存(关态)电流，并在MOS器件的栅电流模型中考虑了粒子的散射效应，另外还采用全量子模型对纳米粒子阵列的电子隧穿特性进行了模拟和分析。 采用全量子模型有两种，一种是Schrodinger—Poisson方程模型，另一种是非平衡格林函数模型。本文的的主要内容如下： (1)基于量子力学理论建立量子隧穿模型来描述纳米MOS器件结构中非平衡电子输运现象通过在MOS器件剖面划分网格，使Poisson方程和Schrodinger方程离散化构成非线性方程组，Poisson方程和费米积分通过运用稀疏矩阵的牛顿迭代法求解得到电子浓度，进一步自洽求解Poisson方程和Schrodinger方程计算出多晶硅和衬底区域的电势能分布和电荷分布，用行波统一地计算MOS栅极热发射电流、通过介质势垒的FN(Fowler-Nordheim)隧穿电流，直接隧穿电流，带间隧穿电流。采用Poisson方程和Schrodinger方程自洽求解方法计算了各种栅结构和高k介质的MOSFET栅极电流，结果显示，为最大限度减少MOS器件的栅泄漏电流，需要优化介质中氮含量，铝含量以及界面层厚度；运用该方法模拟得出栅极电流和电容与实验结果符合。 (2)提出了通过控制介质中掺氮量来实现介质锥形势垒的方法研究了高k栅介质中不同含氮量引起的存储器件的栅电流，结果显示，对HtSiON均匀的隧穿介质势垒，Hf/(Hf+Si)的比例和氮含量都与器件的电学性能密切相关，对编程速度和信息保存时间有直接的影响，并得到相应的优化值，即Hf／(Hf+Si)=0．6条件下，氮含量在20％-30％范围内时，能够同时满足编程速度和信息保存时间这两方面的基本要求。另外研究了采用HfSiON中控制含氮量来构成的介质锥形势垒的电学性质，结果显示，采用构成的介质锥形隧穿势垒，不仅能够同时满足编程速度和信息保存时间这两方面的基本要求，而且与均匀的HfSiON介质势垒相比，锥形势垒具有更高的Iprog/Iret即相应的存储器件具有更好的存储电学性能。 (3)采用Schrodinger-Poisson方程统一的模型来描述纳米MOS结构的缺陷助隧穿载流子输运问题采用复数势中的虚部来表示电子隧穿中的能量耗散，研究了MOS器件不同栅结构缺陷助隧穿栅电流，并对模拟结果进行了分析比较。通过对比表明，模型与实验结果符合；缺陷助隧穿栅电流与散射声子能量有关，声子能量越大，缺陷助隧穿栅电流越小；缺陷助隧穿栅电流与缺陷密度、介质厚度和栅压有关，缺陷密度越大，缺陷助隧穿电流也越大；介质厚度越厚，缺陷助隧穿效应往往越明显；栅压较小，缺陷助隧穿效应往往较显著。 (4)采用量子动力学非平衡格林函数模型研究纳米MOSFET(场效应管)和纳米粒子阵列电学特性该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解。使用该方法研究了纳米双栅MOSFET结构尺寸对电流特性的影响，模拟结果显示：越细长的沟道，器件的短沟效应越弱，随栅氧厚度增大，器件的亚阈值斜率增大。另外，通过分析器件不同区域的散射自能效应，得出减缓纳米双栅MOSFET电流性能下降的途径。 采用非平衡格林函数方法模拟一维纳米粒子阵列的电学特性。结果表明：模拟结果和实验符合较好，并且发现金纳米颗粒链的电学特性与其耦合参数有直接的关系。