本文运用量子力学模型,通过自洽求解非平衡格林函数与泊松方程,研究异质栅梯度掺杂结构碳基场效应管的电学特性,研究了不同结构碳基场效应管的输运特性。本文结合栅工程和沟道工程两种技术,提出了一种新型碳基纳米器件结构,并考察了栅工程和沟道工程对碳纳米管场效应管(CNTFETs)与石墨烯纳米条带场效应管(GNRFETs)的电学特性的影响。进一步将新型结构器件模型运用到实际电路中,运用Verilog-A语言构建查找表模型,通过SPICE研究了基于异质金属栅梯度掺杂结构器件构建电路的电路特性。本课题可以为今后碳基器件与电路设计提供理论依据。本文研究内容安排如下:(1)研究了异质金属栅梯度掺杂石墨烯纳米条带场效应管(HMG-DG-GNRFET)的电学特性,并结合现有不同的结构器件进行对比分析。经研究可以发现:HMG-DG-GNRFET可以有效减小关态电流,增大了开关电流比,并降低器件亚阈值摆幅。HMG-DG-GNRFET相对于普通结构器件迟滞时间减小,电压增益增大。(2)研究了异质金属栅梯度掺杂纳米碳管场效应管(HMG-DG-CNTFET)的电学特性,并与不同的结构器件进行对比。结果表明:HMG-DG-CNTFET可以有效减小关态电流,增大开关电流比,能够有效地抑制短沟道效应。(3)运用Verilog-A语言构建查找表(LUT)模型,并通过SPICE基于异质金属栅梯度掺杂碳基场效应管器件构建电路,研究了由HMG-DG-GNRFET构建的反相器与存储电路的电学特性。结果表明,基于异质金属栅梯度掺杂结构石墨烯场效应管(HMG-DG-GNRFET)所构建的反向器(H-G-GINV)具有较小的功耗延迟积(PDP),所构建的6T存储器(H-G-GSNAM)具有较小的静态噪声容限(SNM);研究了基于HMG-DG-CNTFET构建的二输入与门和二输入或门逻辑电路的电路特性。结果表明,异质栅梯度掺杂结构的引入不仅不会影响逻辑电路的正确性,同时还能有效降低延迟,功耗以及PDP。