本文通过对国内外非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管和纳米硅薄膜晶体管基本结构、特性和应用领域论述，设计给出顶部栅纳米硅薄膜晶体管基本结构，在MOSFET工作原理基础上，分析给出纳米硅薄膜晶体管工作原理，结合纳米硅薄膜微结构模型，本文以非晶硅薄膜晶体管漏电流模型为基础，分析纳米硅薄膜晶体管漏电流模型。以本文设计给出的顶部栅纳米硅薄膜晶体管基本结构为基础，采用ATLAS建立纳米硅薄膜晶体管仿真模型并进行特性仿真分析，研究沟道薄膜厚度、沟道宽长比对纳米硅薄膜晶体管输出特性、转移特性影响。在仿真分析基础上，采用CMOS工艺设计纳米硅薄膜晶体管制作工艺流程，通过采用XRD、Raman光谱和AFM对LPCVD在二氧化硅层上制备的纳米硅薄膜微结构进行测试分析，本文实现薄膜厚度分别为55nm、90nm和120nm纳米硅薄膜制备，二氧化硅层上生长的沉积态纳米硅薄膜，随薄膜厚度增加，结晶峰<111>、<220>和<311>增强；随高温真空退火温度升高，结晶峰<111>、<220>和<311>显著增强。本文利用L-edit设计纳米硅薄膜晶体管芯片版图，通过采用CMOS工艺在N型<100>晶向高阻单晶硅衬底和SiO₂层上实现沟道薄膜厚度分别为55nm、90nm和120nm纳米硅薄膜晶体管芯片制作和封装。在室温条件下，采用KEITHLEY4200半导体参数测试仪对纳米硅薄膜晶体管电学特性测试，研究衬底类型、沟道薄膜厚度、沟道宽长比对薄膜晶体管输出特性和转移特性的影响，实验结果表明，在室温条件下，SiO₂层上制作的纳米硅薄膜晶体管开关电流比10⁶，开态电流0.8×10^-4A，关态电流0.5×10^-10A，阈值电压17V，载流子迁移率7.32cm²/V·s。