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当器件特征尺寸不断微缩至深纳米时,短沟道效应严重恶化了传统平面MOSFET器件的性能,非平面鳍式场效应晶体管（FinFET）成为了20纳米工艺节点以下普遍采用的器件。随着集成电路工艺技术持续进步,FinFET结构尺寸缩减进一步受到限制,环栅场效应晶体管（GAAFET）因其强栅控能力以及良好的短沟道抑制能力被广泛认为在5纳米工艺节点以下将取代FinFET。与此同时,可靠性问题一直是制约纳米器件和电路性能的关键,GAAFET的新结构和新工艺将会使得其可靠性出现新的特征。因此,研究GAAFET器件的可靠性并分析其失效机理对高性能、高可靠性集成电路设计至关重要。本文在分析深纳米级FinFET和GAAFET器件性能基础上,对GAAFET器件的NBTI和HCI效应进行了深入研究。论文主要工作如下:1)采用Sentaurus TCAD软件比较分析了5纳米和7纳米工艺节点下FinFET和GAAFET器件的静态、动态特性以及其可靠性特性。结果表明,增加GAAFET垂直堆叠的纳米线通道数可将器件驱动电流从12.844μA提高到40.318μA,DIBL和SS分别从47.11 mV/V和76.58 mV/dec增加到了53.19 mV/V和78.41mV/dec。尽管如此,GAAFET的栅控能力和DIBL特性仍优于同一工艺节点下的FinFET器件。但在器件动态特性和可靠性上,GAAFET器件却表现出劣势且与纳米线形状相关,当纳米线横截面为圆形时其NBTI效应导致的Vth退化（54.36mV）比矩形时的Vth退化（64.58 mV）降低了10.22 mV。2)对7纳米GAAFET器件的NBTI效应展开仿真分析,并深入理解界面态和不同Spacer对NBTI效应特性的作用机制。结果表明:（1）引入单陷阱,可使Ioff相对偏移量从21.94%（SiO2）降到13.15%（HfO2）,也可使NBTI效应所导致的Vth退化量从60.1 mV（SiO2）减小到51.8 mV（HfO2）;（2）单个界面陷阱可以使器件特性产生明显偏移且偏移量与陷阱位置和能级相关,当陷阱位于沟道中心附近时,Vth和Ioff最大相对偏移量分别达到10.53%和36.12%,陷阱能级靠近导带时更易释放电子从而使得Vth和Ioff的相对偏移量增加了19.43%和66.13%,但栅电容的相对偏移量小于1%;（3）源漏电压增加会使NBTI效应所致阈值电压退化从66.6 mV(Vds=0 V)减小到61 mV(Vds=-0.7 V),且其值随温度和应力电压增加而变大。3)深入研究了7纳米GAAFET器件的HCI效应。结果表明:（1）HCI效应主要影响器件饱和区特性参数;（2）GAAFET器件在Vgs=Vds=-0.7 V时,沟道功耗密度（244 W/cm2）及漏区载流子碰撞电离率(6.21×10277 cm-3s-1)达到最大,从而使HCI所致Vth退化量达到27 mV;（3）缩小器件尺寸和提高掺杂浓度会恶化HCI效应,增大Spacer介电常数可使电场峰值从7.18×105 V/cm（SiO2）减小到6.15×105 V/cm（HfO2）,有效抑制了HCI效应;（4）当应力时间为103秒时,Vth相对退化分别为8.78%@Vgs=Vds=-0.7 V和16%@Vgs=-0.7 V&Vds=0 V。综上所述,本论文研究成果为深纳米工艺代GAAFET器件的结构设计、工艺制备和可靠性建模提供了重要参考。