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二氧化硅是集成电路特别是MOS集成电路中广泛应用的关键介质，用于MOS器件的栅介质和器件之间的隔离。地球周围空间、核爆炸环境、加速器和核能装置中存在的大量高能粒子和射线会在二氧化硅内产生空穴积累，从而导致MOS器件阈值电压漂移、漏电流增大、跨导降低、载流子迁移率降低等一系列总剂量效应而使得MOS/CMOS集成电路的性能降低甚至完全失效。
本论文通过硅离子注入对SIMOX方法制备的二氧化硅和干氧热氧化二氧化硅进行富硅改性。采用X射线光电子能谱、电子自旋共振、光致发光谱、透射电镜等于段，研究了富硅二氧化硅中的缺陷形成与发展。使用10keV X射线辐照装置和MOS电容高频电容-电压测试技术，研究了富硅SIMOX二氧化硅和热氧化二氧化硅的总剂量辐射效应。通过对比氩离子和硅离子注入改性的二氧化硅辐射效应以及研究偏置条件对不同改性工艺改性的二氧化硅辐射效应的影响，探索了硅纳米团簇、离子注入空位缺陷影响电子空穴对复合、输运和俘获的机理。
试验结果表明，在二氧化硅中引入一定数量的额外的硅离子，可以在二氧化硅中形成硅纳米结构，大大降低电离辐射引起的正电荷积累。硅纳米团簇的形成与正电荷积累的降低有着良好的对应关系。根据实验结果推断，富硅改性引起的缺陷可以将空穴俘获在离子分布的峰值位置，而硅纳米团簇形成后作为具有大俘获截面的电子陷阱可以进一步补偿和降低空穴积累带来的总剂量效应。