随着半导体制造工艺的快速发展,器件的特征尺寸已经达到纳米级。而微纳器件在空间辐射环境中的大规模应用使得半导体器件辐射效应和可靠性研究显得愈发重要。空间辐照对器件的破坏主要体现在通过电离效应和位移效应对材料造成损伤,引入陷阱与缺陷对器件特性造成影响。本文主要通过质子和重离子辐照实验对28nm工艺节点PMOS器件进行累积辐照效应研究,同时探讨器件尺寸对重离子辐照退化效应的影响原理,并结合强场实验探究重离子辐照与栅应力耦合作用对PMOS器件长期可靠性的影响。首先,通过理论分析累积辐照损伤的物理机制,总结了辐照引入的陷阱电荷和界面态对器件转移、跨导和输出特性的影响。然后对28nm工艺PMOS器件分别进行了质子和重离子累积辐照实验。实验结果表明:质子与重离子辐照都会导致PMOS器件阈值电压负向漂移,最大跨导减小,饱和输出电流绝对值降低;辐照剂量越大,退化越严重。理论分析指出:质子辐照主要通过位移效应对器件造成损伤,重离子辐照则具有强烈的电离效应;对于P型MOS器件,质子与重离子辐照引入的电荷均显正电性,导致阈值电压负漂;辐照引入的界面态陷阱导致沟道内迁移率降低,最大跨导减小;饱和输出电流退化与迁移率息息相关。然后,重点研究沟道尺寸对PMOS器件重离子退化效应的影响,同宽不同长器件组尺寸为:W=500nm,L=30nm、60nm和100nm,同长不同宽器件组尺寸为:L=30nm,W=300nm、500nm和750nm。通过特性参数对比分析,建立了微纳PMOS器件重离子累积辐照效应与沟道长度和宽度之间的关系。分析表明:沟道同宽情况下,沟道越短的器件辐照后退化效应越明显;沟道同长情况下,沟道越窄的器件退化效应越严重。体现在阈值电压负漂量更大、最大跨导减小更多和饱和输出电流退化更严重。分析指出:同宽时,短沟道器件沟道源漏段耗尽区占比大,受辐照影响损伤更严重,感生电荷密度更大,短沟效应是短沟器件辐照后退化效应增强的主要原因;同长时,窄沟器件沟道两侧的STI区域内辐照产生的感生电荷对沟道的作用更强烈,抑制了反型层形成,降低了载流子迁移率,加剧了窄沟器件特性退化。最后,基于W/L=500nm/50nm的28nm工艺PMOS器件,通过1000s强场实验探究重离子辐照损伤对栅应力退化效应的影响,得到了特征参数随应力时间退化模型。结果表明:重离子辐照对微纳PMOS器件的长期可靠性具有负面影响,辐照后器件特性参数随应力时间退化程度大于未辐照器件,应力时间越长退化越严重,最终趋于稳定。理论分析指出:强场实验中栅应力在栅氧化层中引入正电荷和界面态,导致特性退化;辐照引入的陷阱对应力退化具有增强作用,造成辐照后器件的特征参数退化更严重。半对数坐标下特性参数退化过程可拟合成一条直线,表明栅应力导致的退化与应力时间为幂函数关系。