随着微电子技术不断革新，晶体管的尺寸等比缩小，而工作电压并未能随之等比减小，导致沟道区的横向和纵向电场显著增加。沟道中的载流子在高电场中获得足够能量后形成热载流子的几率会大大增加，将产生热载流子效应（HCI），使器件参数如阈值电压、跨导等发生漂移，严重影响集成电路的性能和可靠性。传统的可靠性保障技术由于有“事后行动”的局限性，已经不能适应现代VLSI电路系统发展要求，急待探索新的可靠性技术手段。因而作为实现状态感知、自适应保障和健康管理等新思想、新方案的关键技术——故障预测与健康管理（PHM）技术应运而生。本文运用PHM技术原理，提出了一种基于预兆单元法的热载流子失效预警技术。本文在深入研究热载流子失效机理的基础上，按照PHM的技术路线，采用阈值电压作为失效判断依据，选取衬底/漏极电流的寿命模型，提出了一种基于预兆单元法的HCI失效预警技术，克服了传统可靠性保障技术的定期维护，事后行动，以及试验周期长等局限性。同时，该技术实现了：（1）所设计的预兆单元先于主电路发生故障，并发出报警信号；（2）根据维护需要，可以通过改变预兆单元加速应力来设置不同的预兆距离；（3）预测主电路剩余寿命。采用中芯国际的0.18μm CMOS工艺，以NMOSFET阈值电压漂移50mV作为失效依据，设计了HCI失效预警电路，并完成了HCI失效预警电路的前仿真、版图设计及后仿分析。仿真结果表明，当预警电路处于应力状态时，输出高电平。当预警电路处于测试状态时：若阈值电压增量未超过预设50mV时，则输出低电平；若阈值电压增量超过预设50mV时，则输出高电平，即发出报警信号，达到了预期设计目标。所设计的预警电路结构简单，可靠性高，易于集成，能够与主电路经历寿命的全过程，为主电路提供故障预警，可避免集成电路的致命故障，从而降低维护费用，保障电子产品的可靠性。