近零折射率(ENZ)材料和结构由于具有极强的电磁场局域特性,有可能给光学非线性、光学传感等领域的研究带来新的活力。若是在表面等离激元模式中引入ENZ,那么不仅可以拥有表面等离激元(SPP)模式特殊的光学性质,还可以利用ENZ的特性实现电磁场局域的进一步增强。目前实现ENZ的方案往往工作频段受限,且大都不具备可调谐的特性。针对这两个问题以及为实现电子与光子集成的整合,本文提出利用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)结构在半导体中产生ENZ区域,进一步增强金属-氧化物界面支持的SPP模式的局域特性,同时利用外加电压对反型沟道中电子浓度和介电常数分布的控制作用实现电磁场的二维限制和调控。其主要研究工作与成果如下:(1)研究了线性掺杂Si三层平板内近零介电常数的产生及其所支持的电磁模式特性,研究结果表明,当过渡区(介电常数渐变的区域)介电常数存在过零界面时,过渡区内存在一个泄漏模式,在介电常数发生渐变的方向上电磁场局限在ENZ区域附近,且介电常数渐变的斜率越大,局域特性越好。(2)研究了MOSFET结构反型沟道内的电子浓度以及介电常数分布情况,分析了氧化物层厚度、源漏极之间的距离、栅极电压和源漏极电压对电子浓度分布的影响,结果表明MOSFET结构能够有效地提高电子浓度,并且可以同时在x方向和y方向获得渐变的电子浓度和介电常数分布,ENZ波长范围扩展到~0.79μm-~25μm。(3)对反型工作模式下的MOSFET结构进行了电磁模式分析,结果表明形成ENZ区域时MOSFET中支持的电磁模式本质上是传统二维SPP和ENZ区域内支持的泄漏模式的混合;分析了栅极电压和源漏极电压对该电磁模式场分布的调控作用,并对其局域特性进行了定量分析,结果表明当MOSFET结构内存在ENZ区域时,所得混合电磁模式的模式面积更小,且在近红外波段传播距离可达几十甚至上百μm。