近年来,双电层晶体管（Electric-Double-Layer Transistors,EDLTs）作为一种新型器件,凭借其大电容、低电压、多栅调控等特点受到广泛关注。但是经过多年发展后,开关特性慢,工作频率低仍然是EDLTs所面临的首要问题,制约其实际应用。离子栅介质作为其核心要素被广泛研究,包括离子液、聚合物电解质以及无机氧化物等各类材料均已得到探索,但还没有一种具有绝对优势的离子栅介质材料出现。Nafion薄膜作为一类广泛应用于燃料电池的质子交换膜,物理和化学特性稳定,质子输运特性优异,具有很大的潜力用作质子传导电解质。瞬态特性作为衡量EDLTs性能好坏的重要指标具有重要研究意义。其次,Technology Computer Aided Design（TCAD）仿真软件广泛应用于各类半导体器件的建模仿真之中,操作简单,功能丰富,包含各类物理模型和半导体基本公式,将TCAD软件与EDLTs研究结合在一起,对于器件瞬态特性的优化研究具有很大帮助。本研究结合器件制备、性能测试以及软件仿真等几个方面的工作,开展了如下研究:（1）Nafion栅介质氧化物EDLTs的制备与测试。配制Nafion前驱体溶液,添加纳米氧化铝颗粒以增强机械强度,经过H2O2和H2SO4溶液对原始Nafion薄膜进行预处理优化。通过SEM、AFM技术对薄膜形貌进行表征,利用FTIR、XRD技术以及电容-频率特性对薄膜内部特性进行表征,得出预处理Nafion薄膜单位面积电容增大,吸水性增强。阻抗分析得到未处理、H2O2+0.1 M H2SO4、H2O2+3.5 M H2SO4三种情况下Nafion质子电导率分别为0.11 m S/cm,0.25 m S/cm和0.33 m S/cm。利用磁控溅射技术制备IGZO导电沟道和IZO导电电极,使用探针台测试器件转移特性和输出特性。发现经过预处理后器件场效应迁移率从1.2 cm~2V-1s-1增加到16.9 cm~2V-1s-1,阈值电压从1.37 V降低至0.57V,而且逆时针回滞宽度逐渐变小。同时器件输出特性曲线表现出良好的欧姆接触特性以及饱和特性。（2）TCAD建模仿真EDLTs。依照实验数据结果,利用TCAD软件建立Nafion栅介质EDLTs器件结构模型。首先设置导电沟道IGZO态密度模型,主要考虑导带尾态参数、迁移率、介电常数等。之后设置栅介质内部离子漂移-扩散模型,主要包括质子浓度、质子扩散系数以及介电常数。仿真电容-频率特性与实验数据对照,得出质子浓度约为1×1017cm-3,扩散系数约为6.8×10-8cm~2/s。之后仿真得到器件转移和输出特性曲线,得到其阈值电压在0.4 V附近,并研究导电沟道厚度、沟道宽长比、栅介质厚度以及底栅电极面积等结构参数对转移特性阈值电压Vth、电流开关比Ion/off的影响。最后探究得到沟道/栅介质界面缺陷越低、栅介质质子浓度越高时器件的电学特性越优良。（3）TCAD仿真EDLTs瞬态特性。通过反向器电路测试Nafion栅介质EDLTs瞬态开关特性,经3.5 M H2SO4预处理的器件瞬态时间最短,低于10 ms。可见栅介质内部质子输运特性对器件瞬态开关特性起着重要作用。通过TCAD软件仿真EDLTs瞬态特性,主要包括两方面影响因素:一是栅介质内部质子特性对瞬态时间的影响;二是源漏电极与栅介质之间寄生电容的影响。通过仿真得到增大质子浓度和质子扩散系数,能够改善器件的瞬态开关特性,同时减小源漏电极也能有效缩短器件的开启和关断时间,计算求得理想情况下器件瞬态时间能够达到2 kHz。对于其他影响因素,探究得到减小导电沟道长度和导电沟道/栅介质界面缺陷对器件瞬态性能具有改善作用。