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随着无线通信和CMOS工艺的发展，采用CMOS实现射频集成电路和系统逐渐成为合理的选择。在射频CMOS电路中，MOS器件的噪声性能决定着整个射频电路系统的灵敏度，是一个关键问题，所以，本论文针对小尺寸MOS器件的高频噪声进行了一系列理论和实验研究。
随着器件的特征尺寸持续按比例缩小，为提高小尺寸MOS器件的性能，新器件结构和新材料的引入成为发展趋势，例如采用超薄体（UTB）SOI和双栅（DG）等新结构、以及使用锗（Ge）等高迁移率新材料作为沟道。另一方面，随着器件沟长进入纳米尺度，新的载流子输运机制将会显现，从而成为准弹道输运的MOS器件。针对上述问题，本文分析了新结构和新材料MOS器件中的高频噪声特性，然后重点探讨了新输运机制下MOS器件的高频噪声及其物理模型，为小尺寸MOS器件在射频集成电路中的应用做了基础性研究。
针对新结构和新材料MOS器件，利用修正的半经典输运模型，模拟研究了硅基UTB和双栅MOS器件以及Ge沟道双栅器件的高频噪声性能。结果表明，双栅MOS器件在低压、低功耗条件下具有较好的高频性能，并具有持续缩小的能力，适合于低功耗射频电路应用；由于存在自热效应和短沟效应的竞争平衡（trade-off），Ge沟道双栅器件在高频噪声特性上相对于Si器件的优势随着沟长缩小而逐渐减少，甚至变差。此外，还研究了影响器件噪声性能的关键参数，并进行了优化，为新结构和新材料MOS器件在射频电路中的应用提供了设计指导。
基于非平衡格林函数法，在量子水平上研究了完全弹道和准弹道输运MOS器件的高频噪声性能。首先，利用经典弹道输运和量子弹道输运模型研究了完全弹道输运极限下MOS器件的高频噪声特性，分析了其高频噪声和载流子输运的控制机理之间的关系，讨论了载流子的简并性质（degeneracy）和源漏隧穿电流对器件噪声性能的影响；然后，通过引入Büttiker探针散射模型，扩展了量子模拟方法，进一步研究了准弹道输运下小尺寸MOS器件的高频噪声特性。模拟结果表明，准弹道输运下MOS器件的高频电流噪声谱密度是受抑制的散粒噪声（the supressed shot noise）的形式。
理论分析并实验研究了小尺寸MOS器件的载流子输运机理和尺度判据问题。利用流散射矩阵法分析了小尺寸MOS器件的输运特性，得到了有效低场迁移率的一般形式，建立了MOS器件载流子输运的一般模型及其与有效平均自由程的关系。并进一步基于实验研究对模型进行了验证，提取了不同结构MOS器件的载流子有效平均自由程，讨论了其与载流子输运机理质变的关系。
提出并验证了一个适用于不同输运机理（即不同沟道长度）的MOS器件高频电流噪声的集约模型。首次将流散射矩阵法与基于格林函数的阻抗场方法结合并拓展，分析了小尺寸MOS器件的阻抗场性质，一定程度上解决了MOS器件高频噪声模型研究中关于饱和区对电流噪声影响的问题。并通过与实验数据对比，验证了该高频电流噪声集约模型的有效性。