随着半导体技术的不断进步,晶体管特征尺寸已缩短至纳米范畴,当器件沟道长度小于10nm以后,制造沟道PN结的工艺变得更为困难。基于这一问题,沟道和源漏掺杂类型相同的无结晶体管再一次被提出。阈值电压是器件最重要的电学参数,它在器件模拟和电路设计方面都起着举足轻重的作用。本文在简要介绍无结晶体管工作机理和优势的基础上,深入研究了无结晶体管的阈值电压提取方法、模型和新结构。首先,分析总结了9类阈值电压提取方法,分别利用它们提取了不同沟道长度FinFET和纳米线无结晶体管的阈值电压。提取结果表明:不同的阈值电压提取方法的提取结果各不相同,并且有些阈值电压提取方法不适用于提取短沟道器件的阈值电压。其次,通过求解二维泊松方程,建立了长沟道三栅无结晶体管的亚阈值区电势模型,在电势模型的求解中首次考虑了埋氧层和衬底偏置的影响,并且也考虑了栅拐角的影响。在此基础上,根据阈值电压的定义,推导出了该器件的阈值电压模型。电势和阈值电压模型的解析结果和三维模拟软件仿真结果吻合良好,验证了模型的准确性。最后,为了减小器件的关态电流和改善器件的关断特性,提出了一种新的双栅无结晶体管结构——PN沟道双栅无结晶体管。和传统的双栅无结晶体管相比,新结构器件可以大大减小器件的关态电流,提高器件的开关电流比。