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随着半导体工业的飞速发展,晶体管尺寸的不断缩小在大大提高了集成电路的集成度和工作性能的同时,也带来了影响器件稳定性和可靠性的多种内在效应,影响器件的可靠性和稳定性。另外,在高频高压领域内,AIGaN/GaN宽禁带半导体高电子迁移率晶体管(HEMT)作为发展高温,高频,大功率电子器件的重要候选者,特别是对于在功率开关和功率放大器电路中发挥重要作用的增强型(常关型)AIGaN/GaN HEMT器件,可靠性是不可忽略的重要课题。本文从参数提取,实验观察,理论分析,模型建立等多个角度研究了纳米CMOS器件和宽禁带半导体HEMT的可靠性问题,发展更准确的可靠性表征技术,建立适用于纳米CMOS器件的可靠性退化模型,发现并分析新的可靠性问题,为高频大功率电路的设计和保护提供指导。主要研究结果如下: (1)纳米CMOS器件的可靠性表征技术:利用线性余因子差分(Linear CofactorDifference Operator)方法提取不同尺寸和温度下二极管的模型参数,获得了与实验结果很好的一致性,证明了模型的准确性和稳定性。提出MOS器件栅介质击穿电流的双二极管的等效模型,开发对数余因子差分法(LogCDO)准确提取宽温度范围内的电路模型参数。提出基于线性区的输出电导提取阈值电压的方法,更准确稳定的提取纳米CMOS器件的阈值电压。发展了正向栅控二极管产生-复合(G-R)电流法,利用G-R电流的峰值位置的移动,准确的提取和分离界面态和氧化层电荷密度。提取热载流子效应引起的界面态密度沿沟道的分布,并建立界面态分布的经验模型。 (2)纳米CMOS器件热载流子效应(HCE)模型:发展包含界面态不对称分布的MOSFET集约模型,预测器件性能的不对称退化。将器件模型植入到HSPICE中进行电路模拟,预测电路在长期工作下的退化情况。 (3)纳米CMOS器件负偏压温度不稳定性(NBTI)模型:提出新的NBTI效应预测模型,即反应-俘获(R-T)模型。针对FinFET三栅结构和纳米线器件的环栅结构,考虑器件特殊结构和尺寸效应对NBTII退化的影响。与传统反应-扩散(R-D)模型相比,R-T模型很好的解释不同器件结构和温度下的NBTI实验结果。 (4)氟离子注入增强型AlGaN/GaN HEMT的栅电压过驱动可靠性问题:发现了氟离子注入增强型HEMT的临界退化过驱动栅电压(VGC),当工作电压高于VGC时,E-mode HEMT的阈值电压向负方向漂移。提出热电子与氟离子的碰撞电离模型并利用温度实验进行验证。临界退化电压的发现为GaN功率电路的设计和保护提供了有用的指导。