Ⅲ族氮化物材料是制造高压、高温、高频(RF)电子器件的理想材料，对其研究成为了国内外广泛关注的焦点。由于综合性能优势，氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(HEMT)等器件成为航天等领域应用的重要选择。对于空间辐射环境的影响及长时间高偏置工作给器件带来的可靠性问题，是目前国内外尚未深入开展的基础研究工作。本论文针对新型GaN基HEMT器件的辐射损伤效应和高场退化效应作为研究内容，开展了实验和理论两方面系统深入的研究。　　 实验方面，本论文针对GaN基HEMT器件，首次采用多种辐射源(包括60Coγ射线、高能电子、中子和质子)系统地利用各种表征技术研究了材料和器件的辐射损伤效应，得到了AlGaN/GaN HEMT的主要辐射损伤机制。在理论上，创新地建立了针对GaN基HEMT器件有效的辐射损伤模拟方法，并针对辐射感生陷阱电荷损伤机制进行了深入的仿真实验和理论分析。本论文还通过研究高场应力对GaN基器件特性的影响，得到了AlGaN/GaN HEMT的主要高场损伤机制。在理论上创新地提出了沟道热电子触发和栅电子注入产生缺陷陷阱的耦合模型。论文取得了以下主要的研究结果：　　 1、对GaN基HEMT的辐照损伤结果进行了全面探究和分析，提出了AlGaN/GaN HEMT器件主要的辐照损伤机理模型，揭示了这种高电子迁移率晶体管的辐照损伤微观机制具有特殊性，主要表现在辐射感生受主对2DEG浓度的退化作用，辐射感生界面态对迁移率的退化作用，以及辐射感生界面应力弛豫这三个方面。　　 2、开展了AlGaN/GaN异质结构和HEMT器件的60Coγ射线和电子的辐照损伤实验研究，实验发现辐照引起了材料阈值电压的正向漂移，异质结构中载流子浓度下降，器件饱和漏电流和跨导的下降以及器件栅特性的退化。辐照结果同时表明，迁移率受载流子浓度的调制影响很大，在本实验中已超过了辐射感生界面区缺陷的影响。研究表明辐照感生受主引起的载流子浓度下降是器件退化的主要原因。　　 3、开展了AlGaN/GaN异质结构和HEMT器件的中子辐照损伤实验研究，发现辐照引起了材料阈值电压的正向漂移，异质结构中载流子浓度下降，材料表面形貌恶化，器件膝点电压附近的转移特性和器件的反向栅特性的退化。研究表明辐照在SiN钝化层中引入的缺陷是器件退化的主要原因。　　 4、开展了GaN体材料和HEMT器件的质子辐照损伤实验研究，发现低注量辐照引起了体材料载流子浓度增加，材料表面形貌恶化和晶格应力增加，高注量辐照引起了HEMT器件漏电流下降，跨导减小，阈值电压显著退化的结果。并且从实验结果出发采用耗尽近似，以受主型缺陷来表述辐照在AlGaN/GaN异质结构不同层中引入的缺陷，建立了AlGaN/GaN HEMT的辐射感生受主缺陷影响模型。利用该模型仿真，得到沟道层中受主缺陷的作用占主导的结果。仿真结果与实验结果有较好的一致性。分析认为，辐射感生受主的影响模型能够全面反映辐射对器件的多种作用机制，在联合辐射感生界面态等对迁移率的退化作用后，可以对器件进行更有效的辐射效应模拟和分析。此外通过分析以上各种粒子辐照的实验结果以及器件参数对受主缺陷漂移阈值电压的影响作用，提出了抗辐照加固的方案。　　 研究还表明GaN基器件的辐照退化往往小于材料的退化，以上取得的研究结果将为进一步的辐射损伤研究奠定了理论实验基础。　　 5、通过大量器件的实验测试结果分析了高场应力对GaN基器件特性及参数的影响，重点研究了三种典型高场应力下的器件退化，发现随着应力时间的增加，器件不同关键参数出现相同的持续性退化规律；得到了器件参数与应力时间之间的关系式；而且高场应力会强化器件的电流崩塌效应；器件小信号特性也随着应力时间增加而持续退化。本文基于以上研究结果提出了针对各种可能机制的HEMT器件的高场损伤模型框图，这为我们了解高场应力的作用机理奠定了基础。　　 6、通过不同应力条件对高场退化效应的影响分析得到了不同偏置下IDsat随应力偏置的退化模型，在栅压应力研究中，发现Power-law栅压应力模型更适合对关态范围进行预测，而开态范围则可以采用Exp模型进行预测，而对于漏压应力，则可以一直用Power-law模型进行预测;由于抑制了沟道热电子的产生，所以高温开态应力下器件的退化小于室温下的退化；通过详细讨论不同偏置下的器件退化，证明了开态和关态范围内分别存在不同的退化机制，关态时主要是强场下栅电子注入引起的损伤占主导，而开态时主要是强场下沟道热电子引起的损伤占主导；器件结构对高场退化影响十分显著，相同应力条件下场板器件的退化最小，接着是双异质结器件，退化最大的是常规器件。在“沟道边缘效应”影响下，栅长越短，器件性能退化越严重；基于以上实验结果和几种不同目前国际上比较常见退化模型提出了沟道热电子与栅电子触发产生缺陷陷阱的耦合模型，并很好的解释了以上实验现象。结合已有的实验结果，本章还提出了几种改善高场退化效应的措施。　　 以上取得的研究结果将为进一步的高场损伤研究奠定了理论实验基础。