امروزه با پیشرفت چشمگیر تکنولوژی، کوچک¬سازی افزاره¬ها به عنوان یکی از نیاز¬های اساسی برای مدارات آنالوگ و دیجیتال مطرح است. اما با کوچک¬سازی افزاره¬ها، مشکلات بحرانی در عملکرد الکتریکی و حرارتی افزاره¬ها بروز می¬نماید که برای حل آن نیاز به ارائه راهکارها و ساختارهای نوین است. این رساله روش¬های موثری برای بهبود اثرات کانال کوتاه، بهبود اثرات بدنه شناور و بهبود اثر خودگرما ارائه می¬کند. برای کاهش اثرات کانال کوتاه دو روش پیشنهاد می¬شود. روش اول استفاده از اکسید هافنیوم (که یک عایق با ثابت دی¬الکتریک بالا است) و دیگری تفکیک گیت به دو گیت اصلی و جانبی و قرار دادن اختلاف ولتاژ بین آن¬ها، می¬باشد. این روش¬ها منجر به بهبود پارامترهایی نظیر اثرات کانال کوتاه¬، قابلیت اطمینان، جریان نشتی، مکانیزم تنزل و بهره توان یکطرفه می¬شود. همچنین این رساله برای کاهش اثر بدنه شناور از شکل¬گیری دیود تونلی ایساکی به عنوان ایده¬ای کارآمد در افزاره بهره می¬برد. با استفاده از این روش پارامترهای مهمی نظیر اثر بدنه شناور، اثر هیسترزیس، اثر خودگرما به طور موثری بهبود پیدا می¬کنند. در قسمت دیگر از این رساله با استفاده از جایگزینی اکسید مدفون با ماده سیلیسیم ذاتی اثر خودگرما بهبود یافته است. همچنین به کمک کندوکتانس درین مولفه¬های مهم حرارتی نظیر مقاومت حرارتی، خازن حرارتی و فرکانس مشخصه حرارتی استخراج شده است. این رساله علاوه بر ارائه ساختارهای نوین برای بهبود عملکرد، به ارائه یک مدل تحلیلی کارآمد برای جریان درین افزاره¬های سیلیسیم روی عایق در مقیاس نانو می¬پردازد. در این مدل تحلیلی بسیاری از مدل¬های فیزیکی نظیر موبیلیتی وابسته به دمای شبکه و دمای الکترون و میدان الکتریکی، اثرات کانال کوتاه، اثر یونیزاسیون برخوردی غیرمحلی و اثرات پارازیتی افزاره دوقطبی در نظر گرفته شده است. همچنین اضافه کردن یک تابع تجربی نرمال کننده به معادله جریان باعث شده است تا مدل تحلیلی پیشنهادی، جریان درین یک افزاره سیلیسیم روی عایق در مقیاس نانو را به خوبی پیش¬بینی نماید.