本文主要进行基于沟道工程技术和栅工程技术碳基场效应管器件以及由此构成逻辑电路的分析和研究。在器件层次,利用非平衡格林函数(NEGF)和泊松方程(Poisson)自洽求解的量子力学模型,探讨了沟道工程技术和栅工程技术对新型碳基场效应管的输运特性的影响。在电路层次,基于查找表模型,利用SPICE仿真对新型碳基器件所构建逻辑电路进行性能分析和研究。通过本课题的研究,能够为将来碳基器件和电路设计提供理论依据。本文的主要内容有:首先,研究了基于石墨烯纳米条带材料的异质栅氧化层结构隧穿型场效应管(GNR HTFET)并与其他相关结构进行比较分析。研究结果表明:这种新型结构能够降低关态电流,从而提高了开关电流比,并且亚阈值摆幅也有所减小。HTFET相对于普通结构器件迟滞时间减小,电压增益增大。其次,研究了基于碳纳米管材料的源漏轻掺杂结构隧穿型场效应管(CNT LDDS-HTFET)的电学特性,并与其他相关结构进行比较分析。研究结果表明:这种新型结构也能够降低关态电流,从而提高了开关电流比。LDDS-HTFET相对于其他结构器件截止频率变大、栅电容减小,从而抑制了短沟道效应,使得LDDS-HTFET具有较好的高频特性。最后,本文利用Verilog-A在所研究器件的转移特性的基础上建立查找表(LUT)模型,并在SPICE中构建相应的电路,分析其数字特性并与其他器件构建的电路进行比较。对于GNR HTFET所构建的反相器,分析了其瞬态特性,并且与高K隧穿型场效应管进行了比较。研究结果表明:由GNR HTFET所构建的反向器具有更小的功耗延迟积(PDP),且其PDP随着栅长和供电电压的变化率相对较小,也就是说GNR HTFET构建的电路具有更好的稳定性。然后,用LDDS-HTFET构建了多种逻辑电路,验证了这些逻辑电路的逻辑功能的正确性,并将其电路性能与普通结构进行比较分析,研究结果表明:该新型结构所构建的逻辑电路具有更低的延迟、功耗和PDP,并且所构建的存储器拥有相对较高的噪声容限。