碳纳米管(CNT)因其独特的一维纳米结构和优异的电学性能有望成为下一代集成电路的构筑材料。在已有的研究报道中，单根的CNT己被用作导电沟道来制作碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)。但这种结构的CNTFET存在着输出电流和跨导很有限、器件可靠性和产率低、器件栅宽无法横向缩放等不足。另一方面，在CNTFET中CNT与金属电极间的接触扮演着至关重要的作用，接触好坏将直接影响制得的器件性能。然而，CNT与电极间牢固、良好的电接触的形成仍是目前CNTFET制作中的一个难点。 本论文提出了一种使用分散、定向的单壁碳纳米管(SWCNT)阵列作为导电沟道的多沟道CNTFET(MC-CNTFET)，其中SWCNT沟道两端被纳米焊接到金属电极上，有效地解决了上述CNTFET制作中存在的关键问题。论文对MC-CNTFET的制作工艺、器件性能、CNT沟道数的影响等进行了深入系统的研究，并将其与单沟道CNTFET(SC-CNTFET)进行了对比。在本文中，MC-CNTFET通过如下的一套工艺来制作：首先，对SWCNT进行纯化和表面功能化可溶性修饰；然后，利用交变电场定向排布技术对预修饰后的SWCNT进行排布，使其形成分散、定向的SWCNT阵列以作为CNTFET的沟道；接着，使用一种超声纳米焊接技术对SWCNT与金属电极进行键合，使SWCNT与金属电极间形成牢固、低电阻的接触；最后，通过烧断法将阵列中的金属性的SWCNT烧断而保留半导体性的SWCNT，形成高性能的MC-CNTFET。论文还探索了不同金属接触电极对MC-CNTFET特性的影响，以及使用高、低功函数的金属分别作为连接SWCNT的漏极和源极时的器件性能。在此基础上，构筑了电阻负载反相门、或非门、与非门和互补逻辑倒相器等多种基本逻辑门电路。通过表面功能化预修饰，可使SWCNT在多种有机溶剂中形成稳定、分散的溶液。对预修饰后的SWCNT进行交变电场双向电泳排布，可避免SWCNT间的互相缠结，使SWCNT分散、定向地排列于源漏电极问形成SWCNT阵列。SWCNT的排布密度可通过控制交变电场的参数来调节。制成的MC-CNTFET较SC-CNTFET不仅在输出电流和跨导等关键器件性能上有很大提高，而且具有更高的器件的可靠性和产率。当SWCNT阵列中的SWCNT排列密度不是很高时，MC-CNTFET的跨导与SWCNT沟道数大致成正比关系，这提供了一种通过控制SWCNT沟道数来线性地调控CNTFET跨导的方法。 论文创建了一种超声纳米焊接技术对SWCNT和金属电极进行键合以改善SWCNT和金属电极间的接触性能。纳米焊接使SWCNT与金属电极间形成了可靠、低电阻的接触，焊接后半导体性SWCNT与金属电极接触处在开态时具有很小的有效Schottky势垒高度和宽度。超声纳米焊接也使制得的CNTFET的器件性能被很大地改善，对于被焊接的背栅SC-CNTFET其开态电流和跨导可分别达到18.9μA和3.6μS，器件也显示了良好的开关特性。通过使用AFM探针拨动焊接后的SWCNT，我们也证实了焊接后SWCNT与金属电极间的键合具有良好的机械强度。使用金属Au、Pd、Ti与SWCNT接触时，制得的MC-CNTFET呈现p型特性，而使用Al作为接触金属时，MC-CNTFET呈现n型特性。这是因为上述两类金属分别具有高的和低的功函数，它们分别与SWCNT形成p型和n型的肖特基势垒接触。利用该特性，我们将Pd和Al分别作为连接SWCNT的漏极和源极，首次制得了金属(A)/SWCNT/金属(B)结构的SWCNT太阳能光伏电池，显示了高的开路电压和功率转换效率。 制得的MC-CNTFET显示了在需要高跨导或者开关大电流的应用场合具有大的潜力。将高性能的MC-CNTFET与负载电阻相连接，可成功构筑包括电阻负载反相器、或非门、与非门等多种基本逻辑门电路。通过将p型和n型的MC-CNTFET相连，我们也制得了CNT互补逻辑倒相器，其增益可达31.2。