随着人类对可穿戴设备需求的日益增加,电子产品逐渐向可柔性化、轻质化、可设计化的方向发展,已成为当今信息技术领域的重要发展方向。有机场效应晶体管相比于传统无机场效应晶体管,具有成本低、质量轻、超薄、适用于大面积柔性制备等优点,可满足器件功能和柔性化的双重要求,已成功应用在柔性逻辑电路、存储器、传感器等电子功能器件及系统中。然而,目前的有机场效应晶体管工作电压过高,导致能耗增高以及集成度降低,不利于其在柔性可穿戴设备中的应用,同时,纳米浮栅型存储器存储结构中金属纳米结构易扩散会降低编程/擦除操作的可靠性,且贵金属成本较高。本文围绕有机场效应晶体管器件中存在的上述问题,引入低成本、工艺简单的碳纳米材料,构筑新型碳纳米材料/绝缘聚合物复合介质层结构及绝缘层/碳纳米材料/绝缘聚合物复合存储体系,成功实现了高性能低电压有机场效应晶体管和逻辑互补电路,以及高可靠性低电压纳米浮栅型存储器件。首先,本文介绍了一种方法简单、低成本的方法构筑新型介电层以实现低电压有机场效应晶体管。采用磁控溅射法制备的碳纳米颗粒修饰低介电常数绝缘聚合物代替传统氧化硅作为栅介质层,构筑了碳纳米颗粒/绝缘聚合物复合介电层结构,其有效电容值高、漏电流低,有效地降低了有机场效应晶体管的工作电压。基于此介质层及并五苯半导体层,制备得到高性能低电压P型有机场效应晶体管器件:操作电压<2V、迁移率>0.4cm2V-1s-1、电流开关比>106、阈值电压<1 V,并且该器件在60000秒偏压应力测试下电流几乎保持恒定。对其他碳材料(如氧化石墨烯、碳点等)用作该复合介质层的可能性进行探索,揭示了碳材料在复合介质层中的角色,获得了该复合介质层能够制备低电压器件的机理,为探索其他适用于低电压有机场效应晶体管的栅介质层带来一定的理论指导。其次,制备出高性能低电压N型有机场效应晶体管器件,并与P型晶体管集成,设计优化得到了高性能低电压互补电路。基于碳纳米颗粒/绝缘聚合物复合介电层结构,采用P型并五苯及N型PTCDI-C13H27半导体层,实现了高性能P型及N型低电压场效应晶体管器件,通过优化电路设计,获得了高性能低电压有机互补反相器电路:操作电压<3 V、增益>600、低静态功耗、高循环稳定性。此外,可基于该复合介质层结构实现高性能低电压柔性反相器电路,操作电压低于3V,增益大于300,并在一定循环次数内体现出高循环稳定性。再次,针对传统金属纳米浮栅存在的易扩散及成本高等问题,利用碳纳米颗粒由于其具有类石墨烯成分和含氧基团的特点使得其具备作为有机浮栅型非易失存储器纳米浮栅的潜力,提出了采用碳纳米材料(溅射法制备的碳纳米颗粒)替代金属纳米结构以实现新型非易失存储器的方案,成功解决了金属浮栅的易扩散及成本高等问题,获得了高性能有机浮栅型非易失性存储器:存储窗口>40 V、迁移率>0.4 cm2V-1s-1、开关电流状态比>105,并且在10000秒和1000次重复擦写测试中体现出很高的存储状态保持性和稳定性。此外,基于此设计制备了低电压碳基有机非易失性存储器件,采用聚合物介质层代替传统二氧化硅介质层,以碳纳米颗粒为纳米浮栅,获得了高性能低电压碳基有机浮栅型非易失存储器件。