随着微纳加工技术的快速发展，纳机电系统(Nano Electromechanical System, NEMS)已成为微机电系统(Micro Electromechanical System, MEMS)进一步小型化的必然发展趋势。NEMS不仅具有体积小、响应快、效率高、功耗低等优点，而且还常常富含量子力学特性。因此，NEMS的制备、性质和应用已成为近年来广受关注的一个研究领域。其中，基于量子点的纳米机电器件是NEMS中最重要的一个新兴研究方向。制备量子点纳米机电器件对制备和定位量子点有很高的要求，其中又以精确制备量子点与周边介质之间高质量的隧穿势垒最为困难。目前国内外已有的量子点纳米机电器件研究中，基本都基于固支梁、悬臂梁、分子晶体管等器件结构，尚不能很好地解决精确制备合适的隧穿势垒的难题。本论文在深入研究机电式单电子晶体管(Electromechanical Single Electron Transistor,EMSET)基本理论模型的基础上，采用一种新型的悬浮式量子点机电器件结构，它具有量子点与电极“直接接触”的新型电荷传递方式，从而能很好地回避量子点与电极之间隧穿势垒的精确制备问题。在这种新型器件结构中，库仑岛拥有完全的机械自由度，运动范围可扩大到源漏电极之间的全部区域，但已有的半经典理论模型中库仑岛运动范围远小于源漏电极间距的理论前提将不再满足。因此，本论文设计了对应于悬浮式量子点机电器件结构的宏观电荷穿梭模型器件，并通过对模型器件的深入研究，修正了半经典理论模型，为进一步研究纳米级量子点机电器件提供了理论依据和实验参考。本论文首先分析了悬浮式量子点机电器件的工作原理，设计并实现了对应的微米量级的宏观电荷穿梭模型器件，并根据模型器件的工作特点搭建了测试电路。通过对实验测量结果的分析，发现了新结构的宏观电荷穿梭特性与已有半经典理论模型的差异，并通过基于有限元分析的静电场模拟给出了理论解释；结合实验测量结果，对已有的半经典理论模型进行了修正，并确定了修正系数的取值范围。在此基础上，对设计的宏观电荷穿梭模型器件(单球体振荡器)进行了扩展，设计并实现了一种基于多球体振荡器的新型真随机信号发生器(Real Random Number Generator)。针对多球体振荡器实时信号中同时存在的幅值随机性和频率随机性，给出了两种信号后处理方式，将多球体振荡器的实时电信号转换成01码二进制随机数。最后，利用Matlab程序对测量的实时电信号进行了处理，验证了方案的可行性。