负栅压温度不稳定性(NBTI)是现代CMOS工艺中最重要的研究方向之一。尽管NBTI已经研究了40多年,其退化机理仍然存在很大的争议。一般认为NBTI退化是由于界面态和氧化层中的俘获中心的产生。实验表明,这两种退化机制在NBTI过程中同时存在且相互影响。将这两种退化因素分开,对其物理机理和缺陷结构进行单独研究对进一步理解NBTI的退化机理有着很重要的意义。本论文针对65nm pMOSFET器件,开展了一系列实验工作：开发了单独研究NBTI过程中空穴俘获的新方法；研究了pMOSFET器件中空穴俘获的物理机制和俘获中心的能级位置和分布；建立了合理的非弹性空穴俘获模型。其间获得的主要成果有：1)发现低温测量技术可以直接研究NBTI退化中的空穴俘获过程。实验表明：氧化层空穴俘获是低温NBTI退化的主要原因。2)证明了低温空穴俘获过程符合场辅助晶格弛豫多声子发射(LRME)理论模型,与高温NBTI的空穴俘获理论完全一致。3)利用低温扫描电压法,研究了氧化层中掺氮和不掺氮的pMOSFET器件在NBT应力下产生的空穴陷阱的能带分布,发现在禁带上下半区存在两个陷阱能级。通过比较掺氮和不掺氮的器件的空穴能级分布,得出了氮的掺入没有引起新型的氧化层空穴陷阱,但增加了空穴俘获的概率的结论。