本文利用非平衡格林函数和泊松方程建立了碳纳米管和石墨烯场效应晶体管的量子输运模型，并自洽求解基于栅极结构和沟道工程的场效应晶体管的稳态和高频特性。在高频研究成果的基础上将研究范围扩展到太赫兹域，分析了基于流体动力学模型的场效应晶体管的太赫兹辐射和探测理论，并给出了产生稳定等离子波自激振荡的阈值条件，分析了太赫兹探测响应的影响因素。本论文的主要内容涉及以下四个方面：首先，简单介绍了碳纳米管和石墨烯的结构特点、电学特性、应用领域及发展现状，并利用非平衡格林函数和泊松方程建立了场效应晶体管的量子力学模型。其次，设计了线性掺杂碳纳米管场效应晶体管和轻漏掺杂石墨烯纳米条带场效应晶体管，并分别将这两种掺杂技术与普通掺杂进行比较。结果表明：线性掺杂结构具有更小的泄露电流和关态电流，更大的电子平均速率。而轻掺杂漏使得源漏极到栅极的电势能变化更加平缓，降低了带间隧穿的可能性，增大了栅极控制沟道电势的能力，栅控传输效率提高，引起了更大的跨导、减小了器件的开关时间和亚阈摆幅、获得较高的截止频率。然后，研究了欠栅结构场效应晶体管的高频特性，并将单、三材料欠栅结构对比，结果表明：三材料结构的高频特性更佳；欠栅结构减小了金属栅到源漏端的电场，导致栅极电容减小，从而增大了截止频率，缩短了弛豫时间，且截止频率达到太赫兹域。同时，对于两种结构都可通过设置合理的欠栅或栅极长度以获得理想的截止频率和开关电流比。最后，基于流体动力学模型，探究了场效应晶体管的太赫兹辐射和探测理论，得到稳定的等离子波振荡的阈值条件；分析太赫兹器件的探测响应。结果表明：探测响应受栅极电压、栅长、等离子波速、弛豫时间等因素影响。在共振模式下当信号频率等于器件的本征频率和谐振频率时，太赫兹响应存在峰值，而非共振模式下的探测响应为一条光滑曲线。