随着MOSFET器件尺寸以及器件沟道长度的不断减小,沟道内的电场和电流密度迅速增长,会使得热载流子几率形成的几率增大,一旦内部电场达到临界值后,载流子的速度达到饱和,这样不仅不能提高器件的速度,相反由此带来热载流子效应会引起器件的失效。本文对超大规模集成电路中MOS器件的可靠性问题进行了分析,特别针对MOS器件等比例缩小带来的可靠性问题进行讨论。利用二维数值模拟软件MEDICI进行器件仿真,结合实验数据分析了常规NMOSFET的热载流子分类、热载流子效应的产生机制、衬底电流的形成机理等。为了遏制热载流子效应,提出一种新的结构异质栅场效应晶体管(DMGMOS FET),其栅极是由两种功函数不同的材料拼接而成的。本文系统的对于DMGMOS FET结构的热载流子效应相关参数进行探讨。首先采用分区的电势近似法和通用边界条件,求解二维泊松方程,建立适用于新结构的表面势和电场的二维解析模型。再根据DMGMOS FET栅电流和衬底电流的形成理论,利用“几率电子模型”深入剖析DMGMOS热载流子效应的失效机理,并建立适用于深亚微米、超深亚微米DMG结构器件的栅电流以及衬底电流模型。通过计算机数值模拟软件MEDICI模拟得到新结构器件沟道表面势、电场、衬底电流以及栅电流的变化趋势与理论模型所得到的规律一致,从而验证了理论模型的合理性。本文还通过仿真方法对新结构器件与常规MOSFET的抗热载流子性能进行了对比研究。通过电势、电场、栅电流以及衬底电流等参数的仿真结果验证了DMG结构的优越性。同时用实验结果表明,新结构器件能够有效抑制短沟道效应(SCE)、减小漏感应势垒降低效应(DIBL)等。新结构器件的衬底电流、漏电流都是温度的敏感参数,所以随着器件尺寸减小,自热效应会对热载流子效应产生较大的影响。分析了晶格温度对碰撞电离的影响,通过研究结果表明,低漏端电压下的碰撞电离率同样是温度的敏感参数。当电压较低时,产生的碰撞电离不再是电场造成的,而是由于晶格温度。最后,改变器件栅的结构参数,在抗击热载流子效应方面提出栅结构的最优化参数。通过仿真软件对热载流子效应的监测指数进行仿真,得出增大栅功函数差可以降低热载流子效应,并且指出两个栅长度比例为1：1时,器件的抗热载流子性能最佳。