随着半导体技术的发展,常规二维金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的特征尺寸已接近物理极限,并出现了许多非理想效应。而新型多栅MOS器件已从平面结构向双栅(DG)、鳍栅、三栅、围栅(SG)MOSFET等三维结构发展,其共同特征是随着栅的数目增加,对沟道的控制能力增强,主要表现在反型层的体积增加,屏蔽了漏端电场对沟道中的电荷分享,从而增大了漏源电流,提高了带负载能力,抑制了一些非理想效应。为了更好地了解和应用此类新型器件的优良电学性能,本论文主要研究短沟道DG和SG MOSFET的电学特性,通过建立器件物理模型,讨论器件结构参数和电学特性的关系,并提出一些抑制典型非理想效应的改进方案。论文首先采用电势分解的方法,求解了短沟道本征或轻掺杂DG MOSFET沟道电势的二维泊松方程,得到其电势解析模型;在此基础上给出了阈值电压、亚阈值区电流和亚阈值摆幅模型的解析表达式,并分析了沟道长度、栅氧化层厚度和沟道宽度对阈值电压、亚阈值区电流和亚阈值摆幅的影响。利用TCAD仿真工具Atlas进行了器件模拟,通过对比验证了相关模型的准确性,归纳了器件参数对电学特性的影响规律。结果表明,当器件工作状态为亚阈值区时,设计合理的沟道长度、宽度及栅氧化层厚度,可以提高DG MOSFET的亚阈值特性,抑制短沟道效应(SCE)的影响。其次,在已有短沟道无结柱状SG MOSFET结构的基础上,通过在求解沟道电势时引入一维电势,得到了电势的表达式;在求解亚阈值区电流解析表达式时,采用泰勒级数展开并作合理近似,解决了直接积分比较困难的问题,并推导了亚阈值摆幅的表达式;讨论了沟道长度、栅氧化层厚度和沟道直径对亚阈值区电流和亚阈值摆幅的影响,并分析了亚阈值特性模拟结果和前人报道的实验结果之间存在误差的原因。结果表明,较薄的栅氧化层能增强栅极对沟道的控制,较大的沟道直径能增大亚阈值摆幅。最后,在已有短沟道三材料柱状SG MOSFET结构的基础上,采用与前面类似的求解方法获得了沟道电势的表达式;推导了阈值电压、亚阈值区电流和亚阈值摆幅的表达式;讨论了沟道直径、栅氧化层厚度和三栅长度比率对这些电学特性参数的影响,并分析了亚阈值特性模拟结果和前人报道的结果之间存在误差的原因。结果表明,优化三材料栅的栅长比率、选择合适的栅氧化层厚度和沟道直径,可以增强器件对SCE和漏致势垒降低效应的抑制能力。总之,通过对短沟道DG、无结柱状SG和三材料柱状SG MOSFET相关电学模型的研究,有助于揭示这些新型MOS器件结构参数和电学特性的关系,为更好地应用它们提供有益的参考。