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随着超大规模集成电路工艺尺寸不断地缩小,电路的性能得到很大的提高,但是同时电路的集成度和复杂度有所提高,由此引起的电路老化问题成为电路可靠性和性能的重要瓶颈,给电路的可靠性研究带来了严峻的挑战。在45m工艺下,负偏置温度不稳定性(Negative Bias Temperature Instability, NBTI)效应是限制电路的可靠性和性能的首要因素。本文主要针对NBTI效应对超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated Circuits, VLSI)老化的影响展开研究,研究缓解NBTI效应引起的电路老化问题,并提出相应的解决方案。本文的主要工作如下：1、简要阐述电路老化的基本知识和概念,对引起电路老化的因素分类,重点介绍研究纳米工艺下引起电路老化的首要因素--NBTI效应。重点阐述NBTI效应的自恢复机理和模型,针对NBTI效应引起电路老化的问题提出的老化预测和老化防护技术进行分类归纳,分析比较各种技术的优缺点。2、基于NBTI效应的自恢复机理,本文提出一种缓解NBTI效应引起电路老化的门替换方法,并提出了一个基于门替换方法的设计流程框架和门替换算法。本文使用的门替换方法不仅有效地解决了控制输入向量(Input Vector Control, IVC)方法不适用于大电路问题,而且跟相似的内部节点控制(Internal Node Control, INC)方法相比没有改变门的结构,不会引起叠加效应。3、通过实验对本文的门替换方法在面积率、替换率以及贡献率等方面进行验证,并将结果与一些相似的方法进行对比。基于ISCAS85基准电路和45m晶体管工艺相关参数的试验结果表明,相对于相似的方法,采用本文的门替换方法,使得NBTI效应引起的电路老化程度平均被缓解了9.11%。