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首先,本文采用量子力学模型,基于非平衡格林函数和泊松方程自洽求解方法,研究n-in型的碳基场效应管的电学特性,探讨不同结构的碳基场效应管的输运特性。研究了栅工程技术与沟道工程技术相结合的新型碳基纳米器件,研究了两种结构的器件包括碳纳米管场效应管(CNTFETs)和石墨烯纳米条带场效应管(GNRFETs)的电学特性,其次,将性能最优的器件应用到电路中,基于Verilog-A建立查找表模型,利用SPICE研究探讨其构建的电路的电学性能。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。本论内容安排如下:(1)首先,研究了基于石墨烯纳米条带材料的源漏轻掺杂异质栅型场效应管(HMGLDDS-GNRFET)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。HMG-LDDS-GNRFET相对于普通结构器件迟滞时间减小,电压增益增大。(2)其次,研究了基于碳纳米管材料的源漏轻掺杂异质栅异质氧化层型场效应管(HMGLDDS-CNT-HFET)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。此结构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,具有较好的高频特性,并且研究了此结构的电压增益随着沟道长度的变化的变化关系。(3)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,分析其电学特性并与其他器件构建的电路进行比较。在电路级别中,文中主要探究了器件在反相器电路与存储器电路中的性能。分析了由HMG-LDDSGNRFET构建的反相器和存储电路的电学特性,并与传统器件结构所构建电路进行对比分析,结果表明,由HMG-LDDS-GNRFET所构建的反向器具有更小的功耗延迟积(PDP);存储电路的SNM值较大,另外,分析了由HMG-LDDS-CNT-HFET所构建存储电路的电学特性,结果表明:该新型结构所构建的存储电路也拥有更低的延迟、功耗、PDP和更高的SNM。