在过去的几十年中,互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺主导了主流的硅基集成电路技术。随着CMOS集成电路进入纳米尺度,工作频率和集成度都达到前所未有的水平。然而,在制造过程中原子层级的工艺过程随机变异引起的影响也急剧增加。尤其是当45nm技术节点之后,金属栅极的使用引入了金属功函数变异。这导致了集成电路中相同设计的所有金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)上的总体功函数都不尽相同。因此,这种工艺随机变化带来的影响对集成电路的制造性能和成品率提出了巨大挑战。本论文主要借助Sentaurus TCAD仿真软件对纳米CMOS器件进行电学特性的数值仿真与统计分析,并进一步探索新型CMOS器件结构对随机行为的影响。这些仿真与结果将很好为新型纳米CMOS集成器件和电路的设计和制造提供参考和借鉴。论文的主要研究内容安排如下。本文第一部分针对目前的研究现状和不足,根据平均晶粒尺寸与栅极面积之比的概念,建立了器件结构模型,依托合适的物理仿真模型,分析并比较了金属功函数随机波动对无结型鳍式场效应晶体管(Fin Field-Effect Transistor,Fin FET)与传统反型模型围栅(Gate-AllAround,GAA)纳米线晶体管的影响。仿真结果表明,GAA的圆柱型结构可以抑制金属功函数随机波动带来的负面影响。第二和第三部分在新型器件结构的基础上增加了双金属栅极结构。首先研究了三种随机波动源对器件性能的影响。其次,探讨了两种金属栅极在不同比值的条件下随机波动给器件性能带来的影响。结果表明,控制栅极的长度对随机波动引起器件性能变异的负面作用有较大的影响。