随着航天工程朝着高性能、集成化、智能化的方向不断发展,航天航空更依赖于半导体技术,同时需要性能和可靠性更高的晶体管。随着晶体管的集成度和性能逐渐提升,晶体管也按照摩尔定律逐渐缩小,目前器件的尺寸已经缩小到纳米级别,栅氧化层减小到几纳米的程度,辐射环境中栅氧化层在电应力下的寿命成为可靠性研究的关键问题,而相比于大尺寸器件,纳米器件的辐射效应有新的表现,因此对器件的辐射及可靠性研究尤为重要。本文通过仿真实验相结合,对纳米器件的总剂量效应及其与经时击穿（Time Dependent Dielectric Breakdown,TDDB）应力耦合作用进行研究。通过Silvaco软件对纳米MOS（Metal Oxide Semiconductor,MOS）器件进行总剂量效应仿真研究。建立了尺寸为1000nm/30nm的NMOS器件模型,发现NMOS器件转移特性曲线在正的氧化层陷阱电荷与负的界面陷阱电荷共同影响下出现反弹效应。仿真分析了浅槽隔离（Shallow Trench Isolation,STI）氧化物区域辐射效应对器件电学特性的影响,发现随辐射注量增加亚阈区泄漏电流增大;STI区引发的漏电通道随辐射注量的增加向体区深处扩增,且随辐射注量增加衬底与STI侧墙界面处的电子浓度增大,导致辐射注量较大时泄漏电流增加比较明显。对纳米MOS器件进行了总剂量辐射实验研究,随着辐射注量增大器件阈值电压变化量先减小后增大,而跨导峰值与最大漏电流的变化量则是先增大后减小,在小注量时氧化层陷阱电荷的产生为主但随着注量增加逐渐饱和,而大注量时界面陷阱电荷的产生为主,二者共同作用造成器件特性参数的退化规律。辐射后器件的泄漏电流随注量增加不断增大且大注量时增加明显。通过对比不同尺寸器件发现,沟道宽度相同时,短沟道器件特性参数退化较大,主要原因是STI区域辐射效应加强了短沟道器件的漏致势垒降低效应;沟道长度相同时,窄沟道器件特性参数退化较大,主要与器件边缘电场和STI区域辐射效应有关。研究了总剂量辐射和TDDB应力耦合对栅氧化层可靠性的影响,对辐射前后的样品进行TDDB实验,对比发现辐射后电容的击穿电压、击穿时间、击穿电荷量均减小,辐射效应加速了TDDB效应,原因是辐射在栅氧化层引入的陷阱参与了氧化层的击穿过程。相比于小尺寸电容大尺寸在辐射后特性参数退化更大,首先是因为栅氧化层面积增加导致击穿概率增加,其次是面积较大时辐射产生陷阱增多。另外,使用E模型对电容进行了寿命预测,发现辐射越强、面积越大介质层的可靠性越差。并针对提高器件抗辐射性能和可靠性加固方面提出一些措施。本文对纳米级MOS器件两个突出问题进行了研究,一个为纳米级MOS器件总剂量辐射后新的表现,主要分析了STI区域辐射效应对纳米器件电学特性的影响;另一个为薄介质层的可靠性问题,研究了辐射与TDDB应力耦合作用对栅氧化层寿命的影响。研究内容为器件的可靠性加固提供一定指导。