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随着CMOS器件尺寸的缩小,栅介质厚度已经减薄到接近其物理极限。然而,电源电压减小的相对滞后导致的强电场引发了各种可靠性问题。其中负偏温度不稳定性（NBTI）是限制纳米CMOS器件寿命的主要因素之一。研究NBTI退化现象,提高器件可靠性是集成电路设计和生产必须面对的问题。尽管人们已经对NBTI进行了大量的研究,但目前对其机理仍然不是很清楚。其原因之一是NBTI本身是一个很复杂的现象,牵扯的因素太多,如温度、电场和工艺。之二是NBTI的测量结果与测量方法有很大关系;目前很难用一种方法准确表征其特性。本论文主要研究纳米CMOS器件中的NBTI效应及其模型。论文第一章介绍了CMOS器件可靠性的研究意义和背景,着重介绍了NBTI研究现状。第二章介绍了几种常用的NBTI实验方法及其主要实验现象,如直流Id-Vg、快速Id-Vg以及电荷泵浦测量。第三章讨论了NBTI的物理起源和理论模型。首先描述了界面态产生-恢复的标准反应-扩散（RD）模型,并用有限差分法求解了RD模型,获得了RD模型的数值解。然后根据纳米CMOS器件的实际情况,对标准RD模型进行了推广,考虑了有限氧化层厚度、非零初始界面态密度和测量时间对界面态产生-恢复的影响。数值解表明,当SiO2/Poly-Si边界为反射边界时,与标准模型相比,界面态的产生速率变小,恢复增加。当该边界为吸收边界时,界面态的产生速率增加,恢复减小。数值解与电荷泵浦的实验结果也进行了比较,发现当SiO2/Poly-Si边界为吸收边界时,模型计算与实验符合的较好。计算结果也表明,初始界面态和测量时间的存在对NBTI都有重要影响,在模型计算和实验结果比较时必须加以考虑。除了界面态的产生-恢复模型,第三章也描述了氧化层电荷俘获-释放模型及其数值解,并与利用直流和快速Id-Vg测量得到的实验数据进行了比较。论文第四章介绍了NBTI与制造工艺参数,如氢和氘的引入、氧化层生长和退火温度、氮化处理等的关系。根据这些关系,讨论了改善NBTI的可能工艺途径。第五章给出了全文的总结。