随着航天电子技术的发展，半导体器件和集成电路的抗辐照特性越来越受到研究者们的关注，对其物理机理及加固方法的探索成为当前研究的热点。随着半导体器件特征尺寸的减小，单粒子辐照效应成为影响半导体器件可靠性的最重要的辐照效应之一。 本文主要围绕硅基MOS半导体器件的单粒子辐照效应展开了模拟和实验两方面的研究工作。针对传统结构的MOS器件，通过模拟仿真方法，较全面地分析了器件主要结构参数对器件单粒子辐照特性的影响。由于在传统结构的MOS器件中，漏结是对单粒子辐照最为敏感的区域，因此沟道区的掺杂对单粒子辐照效应的影响很小，而衬底掺杂却对单粒子辐照效应影响很大，随着衬底掺杂浓度的提高，漏电极收集到的电流脉冲的峰值减小。基于这个结果，提出了采用逆向掺杂沟道结构来提高小尺寸MOS器件的抗单粒子辐照能力，并对其参数进行了优化。仿真结果表明，采用逆向掺杂结构，通过参数的仔细选择，可以在一定程度上减小器件漏极收集到的脉冲电流的峰值，同时可以减小电流脉冲的宽度。随着半导体器件的特征尺寸缩小到纳米尺度，传统MOS器件遇到了很多挑战，并由此发展出了很多新结构器件。本论文首次针对一种具有很大应用潜力的新型准SOI器件进行了单粒子辐照效应的模拟仿真研究。其薄的源漏区保持了SOI器件源漏区优秀的抗单粒子辐照特性。但是，由于准SOI器件中沟道区下方没有氧化层的存在，因此，为了抑制衬底区对单粒子辐照效应的影响，提出采用深阱结构来收集单粒子辐照在器件中产生的电荷，从而减小器件漏极收集到的电荷。结果表明，这种方法是非常可行的，大大地降低了器件漏极收集到的电流峰值。同时，也给出了深阱结构参数的优化设计依据。当半导体器件的特征尺寸进入到纳米尺度后，研究发现，单粒子辐照会在半导体器件中引起微剂量效应，导致器件关态漏电流增加和阈值电压漂移。本论文采用模拟仿真方法对单粒子辐照在半导体器件中引起的微剂量效应进行了较为详细的研究，并首次提出了采用优化的器件STI隔离区沟槽侧壁倾角结构，以抑制单粒子辐照在半导体MOS器件中引起的微剂量效应。