半导体纳米线因其载流子在两个维度上运动受限,从而表现出优异的准一维载流子输运特性,而且凭借着自下而上的可控制备、以及与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)工艺有较好的兼容性等特点,半导体纳米线器件有望成为未来纳电子学、纳光电子学中最有希望的器件之一。在众多的半导体纳米线中,InAs纳米线以其窄带隙、极高的电子迁移率、极小的电子有效质量、大的朗德g因子以及强的自旋轨道耦合等特点,成为研制高性能场效应晶体管等新型电子器件的理想材料。本论文围绕单根InAs纳米线基电子器件的制备及其输运性质进行研究。首先,采用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,简称MBE)技术在Si衬底上自催化生长了 InAs纳米线,继而,以InAs纳米线为导电通道材料,制备并研究了三类电子器件:InAs纳米线自旋注入器件、InAs纳米线阻变器件以及InAs纳米线顶栅自对准场效应晶体管,论文的主要创新性成果如下:(1)在Si(111)衬底上制备了自组织InAs纳米线,证明InAs纳米线以闪锌矿和纤锌矿的混合相形式存在,并且伴随着大量层错。在两端InAs纳米线自旋注入器件中,通过局域测试,获得了较大的自旋信号,同时证明InAs纳米线的自旋扩散长度为1.9 μm。分析发现,为了在两端半导体自旋注入器件中获得巨大的自旋信号,不但要求半导体材料具有较长的自旋扩散长度,而且器件的接触电阻要足够大。在四端InAs纳米线自旋注入器件中,通过非局域测试,研究了势垒层厚度变化对微分电阻以及自旋注入的影响,发现自旋信号对器件势垒层厚度非常敏感,当Al2O3势垒层厚度增加到3 nm时,测到4.2%的磁电阻,使用一维自旋扩散方程,得到InAs纳米线的自旋扩散长度为1.84 μm,与局域测试法得到的自旋扩散长度基本吻合。在电化学鼓泡法转移单晶石墨烯的基础上,尝试制备了以单晶石墨烯作为势垒层介质的新型InAs纳米线自旋注入器件,与使用MgO、Al2O3作为势垒层材料的器件相比,虽然新型器件的磁电阻值较小,约为12.8%,但器件自旋信号更大,计算得到InAs纳米线的自旋扩散长度达到2.18 μm。(2)在以Pt为电极的InAs纳米线器件中观测到明显的阻变行为,耐力循环测试及时间稳定性测试均表明器件稳定性良好。器件低阻态和高阻态阻值都分布在一个较窄的区间,Vset处于mV量级且分布范围窄,器件因此在能耗方面具有优势。通过对器件正电压区间I-V曲线拟合,发现高阻态符合肖特基导电机制,而低阻态先服从空间电荷限制电流(Space Charge Limited Current,简称SCLC)导电机制,之后转变为欧姆导电机制,据此我们提出器件的阻变机制:高阻态的出现是由于InAs纳米线表面存在氧化层,从而InAs纳米线与Pt的接触面具有较大的肖特基势垒,器件处于高阻态;当电压增大到Vset时,氧化层中的氧空位迁移至Pt接触面,极大降低了势垒,器件进入低阻态,此时导电机制以氧化层的SCLC为主导,随着电压的降低,器件电流进一步减小,由于氧化层中的热激发电子足够满足欧姆导电的需求,此时欧姆导电起主导作用。(3)制备了单根InAs纳米线顶栅自对准器件,研究了器件的直流特性。通过对比背栅器件、普通顶栅器件以及顶栅自对准器件,发现通过T形栅自对准设计,尤其是在工艺中使用磁控溅射使得源栅间距进一步减小,器件特性得到极大提升,其中归一化输出电流高达70 μA/μm,InAs纳米线场效应迁移率达到1000 cm2/Vs,峰值跨导达到了 4.3 μS,开关比Ion/Ioff提高到了 104量级,亚阈值摆幅(Subthreshold Swing,简称SS)降低到了 660 mV/dec。