本论文对MOS器件可靠性领域的重点问题进行了研究，主要包括三个方面的内容：驰豫谱技术及其在栅介质退化和失效研究中的应用；时间相关氧化层的退化和击穿；负偏压温度不稳定性(NBTI)的退化行为及机制。 应用比例差分谱技术和统计实验方法研究了氧化层厚度为9～2nm的MOS器件中的应力诱生缺陷，发现氧化层厚度不同时缺陷表现为不同的行为，并且这种行为和电子隧穿栅氧化层的隧穿机制密切相关；建立了一种预测器件失效时间的方法。 研究了软击穿后的栅电流机制：类FN隧穿机制。在此基础上，将类FN隧穿机制推广到了器件退化的整个过程。论证了从应力诱导漏电流(stress-inducedleakagecurrent，SILC)到软击穿(softbreakdown，SBD)和硬击穿(hardbreakdown，HBD)就是一个缺陷密度连续增加并且缺陷的势垒高度不断下降的过程。SILC，SBD和HBD是器件退化的不同阶段，它们具有共同的物理基础，其差别仅是缺陷密度不同。电子隧穿势垒高度随着应力时间下降的双台阶分别对应于第一次软击穿和准硬击穿。 研究并创建了一种新的在线测量NBTI的方法：栅电流在线测量法。与传统方法相比，它真正实现了在线测量，避免了恢复效应对NBTI退化的影响。利用这种方法，研究了2nm的PMOSFET器件和栅长41nm的超小器件在NBTI的退化过程中诱生的缺陷。共存的多种缺陷在不同的在线应力时段，分别主导NBTI的退化。