随着CMOS技术的不断发展,器件的尺寸也不断缩小。而随之而来的问题是器件日益严重的性能退化。负偏压热不稳定性(NBTI)正是当前的先进MOS器件所要面临的一项重要的可靠性问题,而这一问题也严重地影响电路与产品的使用寿命。NBTI退化增加了电路设计的复杂性,降低了电路的设计裕度。国际半导体路线图(ITRS)也将可靠性问题列为一项设计技术的挑战。为了增加电路设计的效率,不仅需要理解晶体管层级的退化理论,还需要基于理论提出与电路模拟器相兼容的精简模型。本文就NBTI的建模进行了广泛而深入地研究,并取得了如下结果。　　 1.NBTI造成的阈值电压偏移归结于界面态的产生。针对NBTI的理论机制,本文提出:经典R-D理论中假设H-H,的快速的转化在物理性上并不成立。为了正确地预测短期NBTI的时间依赖性,需要考虑具有有限转化时间的H-H,的转化。同时氢粒子在介质层中的扩散呈弥散输运特征。本文提出了一个H-H,弥散输运模型,并将不同的实验结果纳入到统一的框架之中。这一模型描述了在短期NBTI与长期NBTI中不同的时间依赖性。　　 2.在实际的电路中,器件主要在AC应力下工作。为了正确地预测NBT应力对于PMOS退化的影响,讨论NBTI在AC应力条件下的变化就显得十分必要。本文提出了一个适用于AC应力下NBTI特性的解析模型。该模型在数学上成功地描述了NBTI特性在交流应力下对频率与占空比的依赖性。　　 3.最后,本文提出了用于模拟NBTI特性对于电路影响的精简的可靠性模型,并将前文中的模型应用于数字电路中,得到了电路性能退化的结果。　　 上述所取得的研究成果将有助于深化对MOS器件中NBTI现象及其物理机制的理解,建立先进CMOS器件和电路寿命预测方法。