高介电常数介质(高k介质)器件,材料缺陷密度高、分布复杂,导致性能退化和可靠性降低等,因此,高k介质缺陷及其表征方法研究引起重视。由于常规缺陷表征方法,如电容—电压法(Capacitance-Voltage)、应力传感法(stress and sense)等,无法精确表征纳米级MOS器件缺陷信息。脉冲法、电荷泵浦法等表征方法,可以表征纳米级器件靠近沟道的缺陷,而无法表征远离沟道介质内部的缺陷。迫切需要新型的高k介质缺陷表征方法。基于沟道和介质内部缺陷载流子交换机制的低频噪声方法可以用于介质内部分布缺陷的表征。由于纳米级器件噪声显著增大,缺陷噪声表征方法应该更为有效。本文针对基于噪声的缺陷表征方法,完成的主要工作如下：1分析了高k栅栈结构缺陷和沟道交换载流子机制。建立了高k栅栈结构与沟道交换载流子的双势垒-单势阱结构模型。采用转移矩阵法推导出载流子隧穿到陷阱的透射系数。透射系数出现明显振荡,证实共振隧穿机制的存在。2基于噪声物理,研究了各种隧穿机制特征交换时间常数。建立了共振隧穿机制特征时间常数模型,模拟结果和理论符合很好。3基于分层相关统一噪声模型,考虑共振隧穿机制,建立了全隧穿漏电流低频噪声模型,模拟结果与实验结果相符。4研究了高k栅栈结构缺陷提取方法。利用噪声数据,提取缺陷参数,用来表征栅栈结构缺陷分布,并模拟论证此法的适用性。