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由于传统的金属-氧化物-半导体场效应器件在低功耗电路中存在电压限制，人们开始将目光投向新型的低功耗器件。其中，隧穿场效应器件由于其极其陡峭的亚阈值摆幅和较大的开关电流比，成为极具潜力的低功耗器件。目前，许多对隧穿场效应晶体管的研究工作主要集中在，通过用不同的非硅材料和新器件结构，来获取更好的器件性能。然而，对隧穿器件的解析模型的研究却相对较少。本文基于隧穿器件的物理工作机制，将隧穿场效应管等效成一个隧穿二极管和一个场效应晶体管，以带-带隧穿模型和陷阱辅助隧穿模型为基础，建立了电流解析模型以及等效电容模型。本文定量地证明了隧穿场效应晶体管具有极小的亚阈值斜率，并且通过将模型应用于逻辑门电路的功能仿真，研究了隧穿场效应晶体管的低功耗特性。 本文的主要研究工作包括: 1.隧穿二极管的隧穿电流-电压特性分析与建模。通过研究隧穿电流的解析模型，讨论了在不同栅压条件下的隧穿的表达式。将模型分为阈值以上区域和亚阈值区域两部分进行分析，分别运用带-带隧穿模型和陷阱辅助隧穿模型进行计算，得到隧穿器件的基本隧穿模型。 2.基于隧穿电流模型，并结合场效应晶体管的输运机制进行分析，将隧穿场效应晶体管的电流工作状态分为亚阈值区域、线性区、和饱和区分别进行研究，给出了隧穿场效应晶体管的电流解析模型，并对亚阈值斜率进行了分析，证明了隧穿场效应晶体管具有极小的亚阈值斜率和低功耗的潜力。 3.从隧穿场效应晶体管的电荷分布模型出发，构建了纳米线隧穿场效应管的等效电容模型，其中考虑了寄生电容的影响。通过模型计算可知，寄生电容对隧穿场效应器件电容的影响在亚阈值区域占较大比重，而在阈值以上区域可以忽略不计;同时，隧穿场效应器件的栅电容主要由栅漏电容所决定，栅源电容对于栅电容的贡献极小。 4.本文验证了所建立的隧穿场效应管的解析模型，并实现了基于该解析模型的基本逻辑门电路的模拟。仿真结果表明，该反相器具有较好的传输特性和较小的直通泄漏电流。结果还表明，在隧穿场效应晶体管的电路应用中，可以采用比MOSFET器件更小的电源电压，具有低功耗的应用潜力。