近年来,智能便捷的无线通信技术发展迅速,万物互联把丰富多彩的智能电子设备带入我们的生活。射频前端集成电路已经成为学术界和工业界的研究热点,而集成电路设计常常受限于半导体技术。为了适应最新通信技术和集成电路芯片设计的需求,先进半导体工艺器件物理尺寸需要不断减小,从而提高有源器件的截止频率。在各种半导体工艺中,对于相同的工艺节点,III-V族化合物工艺半导体成本相对较高,很难在民用产品中广泛使用,而硅基MOSFET因其工艺成熟、低成本、低功耗、高可靠性和高集成度等诸多优势而成为大多数射频芯片的首选。因此对该工艺器件模型的研究也得到了越来越多的关注,准确的器件模型在电路设计和半导体工艺的迭代、开发中具有无可替代的指导作用。本文基于CMOS 65 nm工艺,对晶体管模型进行了一系列的研究。本文首先通过对硅基MOSFET器件模型的发展历程和研究现状的学习,明确了模型研究的必要性和重要性,并简单介绍了MOSFET的基本物理结构和工作原理以及物理基表面势模型。接着为了得到准确的晶体管测试数据,本文基于多物理场端口耦合理论,首先对完整的嵌入测试结构进行了准确的模型表征,然后利用测试和模型计算结合的去嵌入方法对测试数据进行了去嵌入处理。在此基础上,本文考虑了寄生/耦合效应和多指分布效应对晶体管模型的影响,建立了全偏置条件下的晶体管小信号等效电路模型,并验证了该模型的准确性。然后,以全偏置小信号模型为基础,本文基于栅电荷经验模型建立了同时满足电荷守恒、高阶可导的对称非线性电容模型。经验证,该模型能准确描述晶体管的本征电容特性。另外,本文结合物理基模型的众多特性和优势,通过对表面势理论和沟道电荷分布的研究,首先推导了表面势隐函数方程,然后在漏-源电流模型中对沟道长度调制进行了非线性偏置修正;同时本文基于对晶体管沟道载流子分布特性的学习和研究,采用高斯分布函数来描述载流子的非均匀分布,并进一步提出了改进的漏电流模型。经过实际流片测试验证,本文提出的基于表面势的非线性漏-源电流模型可以将模型均方根误差在全域内降低一个数量级。最后,本文将改进的非线性电容和电流模型应用于晶体管功率仿真中,验证结果显示,该模型不仅经验参数少,而且对晶体管的输出功率,功率附加效率和增益特性表征较为准确。