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由于铁电晶体管具有负电容现象、多重电导可调以及非易失特性,使其在低功耗、低操作电压、存储、神经网络电路方面受到广泛的关注。基于铁电晶体管的这些优异的电学性质,本文基于物理理论建立起单畴和多畴铁电晶体管的SPICE模型,并对铁电晶体管的电学性能以及电路应用进行分析。主要研究内容如下:1.首先针对铁电晶体管的负电容现象建立晶体管的SPICE模型,模型的建立使用了Landau-Khalatnikov理论描述并且认为铁电薄膜是单畴。模型建立后进行精度比较,结果表明我们的模型精度较高、适用偏置条件较广、并且无需初始化条件。利用该模型进行铁电晶体管的电学性能仿真,结果表明了铁电晶体管的栅极放大作用随着铁电薄膜的厚度增加而增强,当铁电薄膜厚度达到一定厚度时,便会出现迟滞现象,这种现象作为一种不稳定的能力状态,在数字电路的设计中要尽量避免。通过亚阈值摆幅的仿真表明铁电晶体管能够实现Sub-60mV/decade。通过转移特性仿真,铁电晶体管具有更大的饱和沟道电流,这些优异的电学性质为目前逐渐增加的电路功耗问题提供了解决方法。2.基于铁电晶体管的优异的电学性质,我们进行了功能电路的仿真,得到以下结果:考虑铁电薄膜的厚度为(10～30nm)范围内,在环形振荡器的仿真中,我们发现较低的阻尼系数可以获得更低的延时,我们选用阻尼系数为0.01Ω?m。在低操作电压下铁电晶体管的传播延时要低于MOSFETs,并且铁电晶体管的直流功耗与动态功耗相比MOSFETs均有所降低,实现了铁电晶体管的在低操作电压下的低功耗操作。通过将铁电晶体管应用于6T-SRAM仿真实验中,发现铁电晶体管组成的SRAM相比MOSFETs组成的6T-SRAM具有更低的读写延迟以及更大的噪声容限,这是由于铁电晶体管由于栅极放大作用使其拥有更高的饱和电流以达到快速充放电的目的,并且6个铁电晶体管的直流翻转功耗要低于MOSFETs。应用铁电晶体管的迟滞行为组成了施密特触发器,该施密特触发器实现了在操作电压为0.2V情况下正常工作。3.考虑更实际的情况应用Preisach理论建立铁电晶体管的多畴模型,使用tanh函数表达铁电迟滞行为,并提出了修改计算不饱和迟滞回线的方法,使用Verilog-A语言建立起多畴铁电电容的SPICE模型并与MOSFETs组合建立铁电晶体管模型。利用仿真得到的多重电导可调的电学性质提出基于铁电晶体管的突触电路,并将其应用于Temporal rule神经网络电路的仿真中,结果表明经过多次训练之后能够实现对IRIS数据集的正确分类。