金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)的持续缩小会带来短沟道效应、栅极漏电增强、载流子迁移率退化等一系列严峻问题，同时要在很小的范围实现PN结的突变给制造工艺带来巨大的挑战。作为一种新的器件，无结硅纳米线晶体管因其简单的制备工艺和优良的电学性能备受关注，被认定是纳米尺度MOSFETs未来发展的一个重要方向。无结硅纳米线晶体管作为一种导电沟道宽度可调的体输运器件，对于杂质原子的空间局域化控制具有独特的优势。本论文对无结硅纳米线晶体管的制备工艺和低温量子输运特征进行了深入研究。主要研究成果如下:　　1.完成了具有量子限制效应的无结硅纳米线晶体管的制备。基于电子束曝光、飞秒激光直写、热氧化等技术，获得了物理直径约为30纳米的硅纳米线。在栅电场的控制下，器件从硅纳米线轴心逐渐形成势垒限制的体输运沟道。当载流子通过位于沟道轴心线上的一维电离杂质原子阵列时，会表现出量子限制效应。　　2.研究了低温条件下无结硅纳米线晶体管中的一维简并输运现象。观测到硅纳米线的量子电导台阶高度具有倍数关系。理论上解释了产生该现象的主要原因:在拉伸应力和量子限制的共同作用下，硅的六个简并能谷分立成两重简并和四重简并的两套子能带。　　3.研究了硅纳米线中的电离杂质作为量子点的输运机制。处于亚阈值区沟道中的电离杂质阵列形成耦合的量子点系统，产生与量子点数目相对应的劈裂电流谱峰。电离杂质的D0和D+态分别扩展成为上、下Hubbard能带，对应的电离能为4.7 meV和7.0 meV。增强的电离能是由于量子限制和介电限制引起的。　　4.研究了介质层界面陷阱态对沟道积累区表层电子迁移率的影响。荷电陷阱产生的长程库仑作用力，对积累层的电子迁移产生很强的阻碍作用，提取表层电子的迁移率仅为1.25 cm2V-1s-1。低温条件下，陷阱在释放和俘获电荷的过程中会产生迁移率涨落，产生明显的随机电报信号噪声。