原生和强场诱生并与电场奇异性密切相关的边界陷阱是影响深亚微米MOS器件可靠性的关键因素之一。随着器件尺寸的不断缩小和栅介质厚度的降低,边界陷阱引起的沟道噪声也正逐渐增大,同时器件的1/f噪声退化为RTS噪声。这使得深亚微米器件的可靠性问题具有更加显著的随机性,从而使其分析和表征变得更加复杂。本文首先在深入研究半导体器件低频噪声的检测方法的基础上,建立了基于虚拟仪器的深亚微米器件RTS噪声测试系统。利用数字滤波的方法改进了RTS噪声参数提取方法。较以往的RTS噪声研究中的方法具有更高的精度和可靠性,而且该方法还便于自动化测量的应用。本文详细分析了影响该测试系统误差的因素并且针对这些因素,提出了一系列调节器件偏置、放大器截止频和放大倍率等参数来发挥测试系统性能的方法。90nm的MOS器件的测试结果显示,本文测试系统能够灵敏地测量深亚微米器件的RTS噪声。利用这一测量系统,本文系统地研究了边界陷阱交换载流子的物理机制,提出多晶硅栅极与陷阱的载流子交换也符合热激活+隧穿机制,对多晶硅栅电极建立了物理模型,并据此建立器件RTS噪声时间模型。结合Hung和Gérard的模型优势,同时考虑载流子数涨落、迁移率涨落和栅极的影响建立RTS噪声幅度模型,利用栅极的影响解释了RTS噪声幅度的宽范围分布。在幅度模型中使用了绝对幅度,这非常有利于参数提取的方便以及系统误差的消除。除此之外,本文还建立了RTS噪声特征参数与器件端口偏置关系模型,模型使用的参数都是一些可以很容易获得和测量的参数,方便在陷阱分析中使用。测试结果证实,栅极也参与了与陷阱的载流子交换,本文模型能够准确地描述陷阱电荷对沟道电流的影响。之后,基于该模型提出通过正反向测量器件非饱和区噪声来确定边界陷阱的横向位置的方法。该方法可以准确计算深亚微米器件边界陷阱横向位置,还避免了Zeynep方法中对器件造成损伤的可能。此后,在提取出的陷阱位置信息的基础上,改进了陷阱深度和能级的提取方法、陷阱散射系数的提取方法,测定了器件中陷阱的俘获截面和激活能。实测说明,本文的方法较传统方法更方便、更精确。将本文的方法应用于对器件氧化层陷阱的研究,可为从微观上分析失效机理和器件的可靠性评估的研究提供有效的新手段。