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随着微电子技术的快速发展，器件的特征尺寸在不断缩小。当器件的尺寸进入纳米尺度以后，一些新的物理效应，如准弹道输运、量子隧穿输运、高场非稳非本地输运、热载流子效应等等变的越来越显著，经典的漂移扩散模型和流体动力学模型已经无法准确描述纳米尺度MOS器件中的实际输运过程，如何准确的研究分析这些效应对MOS器件特性的影响变的异常迫切。蒙特卡罗器件模拟方法是采用概率解决物理问题的统计数值方法。这种方法直接求解玻尔兹曼方程，对载流子的分布函数不做任何假设，是模拟纳米尺度MOS器件特性的有效方法。
本论文将使用双量子修正的蒙特卡罗器件模拟方法，研究分析纳米尺度MOS器件中的输运特性：
1)系统的研究了纳米尺度MOS器件中的准弹道输运特性。分析了不同界面粗糙情况对器件准弹道输运的影响，对比了各种不同散射机制的影响，分析了准弹道输运特性随沟道尺寸缩小的变化趋势。
2)在全能带蒙特卡罗模拟程序中，加入了适用于纳米尺度MOS器件模拟的的新的界面粗糙散射模型。
3)研究了肖特基势垒隧穿晶体管的直流和高频特性。分析了准弹道输运对肖特基势垒隧穿晶体管直流和高频特性的影响。同时给出了其持续缩小后的特性变化趋势。
4)加入了一个有效的带带隧穿模型。该模型计入了两个方向上的隧穿机制，同时考虑了陷阱的影响。利用该模型，分析了带带隧穿引起的高能载流子特性，对比了两个方向上的带带隧穿机制对栅诱导漏电流的影响。
5)提出了电子隧穿栅氧化层的蒙特卡罗模拟方法，系统的研究了纳米尺度MOS器件中栅氧化层隧穿电流特性。
6)对锗器件的载流子输运做了详细的研究，分析了界面粗糙散射对锗器件中的反型层有效载流子迁移率的影响，同时还对比了硅和锗材料中的准弹道输运特性。
7)编写了适用于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料输运特性研究的系综蒙特卡罗模拟程序。基于此，讨论了砷化镓材料中的电子输运特性。