MOSFET器件尺寸的按比例缩小导致栅氧化层厚度越来越小，同时衬底掺杂浓度不断提高，而栅电压的减小相对较弱，从而使得器件沟道表面的纵向电场越来越强，沟道内载流子被限制在一个由硅表面能带弯曲所形成的很窄的势阱内，致使载流子在垂直于界面方向上的运动发生量子化，能级发生分裂，载流子的空间分布也与玻尔兹曼假设的经典分布有很大的不同，量子力学效应对器件特性的影响已不可忽略。表面势由于受到量子力学效应的影响，即使在强反型区也会随着栅电压的增大而显著增加。本文针对量子力学效应对表面势的影响作了较详细的分析，并从基于量子力学物理本质的角度针对如何将量子力学效应引入到表面势的模型中作了创新性的研究。 首先介绍了量子力学效应的基本物理概念和理论研究方法。要准确描述量子力学效应，需要自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程，但由于它们是相互耦合的，求解过程需要反复迭代，因此计算效率很低。而利用三角势阱近似则可以得到薛定谔方程的解析解，并且是自洽数值解的一个很好的近似，从而大大简化了计算，并且物理意义清晰。本文的研究工作正是基于三角势阱近似进行的。 在基于表面势的(surface-potential-based)模型中，准确求解表面势是一个关键问题。目前，经典的表面势方程已经有了高效的求解方法，而在引入量子力学效应时，国际上普遍采用的方法是对经典理论进行修正，这种半经验化的方法缺乏物理基础，其准确性也有待提高。本文创新性地提出了量子表面势方程(Quantum Surface Potential Equation，QSPE)的概念，并将求解结果和自洽解及实验测量数据进行了比较，模型具有准确度高，物理意义清晰的优点。 对QSPE方程的求解仍需要利用数值求根技术，求解时间较长，不适合VLSI电路模拟。因此我们采取合理的近似对QSPE方程进行简化，从而得到了一个解析求解表面势的模型，该解析模型在不同的工艺参数条件，及较宽的外加栅、漏偏置电压范围内，与数值方法求解的结果吻合较好，适合于植入到基于表面势的集约模型(Compact Model)中。