应变和高k栅技术都是延续摩尔定理的重要手段,将两种技术相结合,不仅可以有效地提高集成电路的工作速度,还可以降低栅电流引起的静态功耗等问题,是提升集成电路性能的有效途径。同时,随着应变器件与电路应用范围的扩展,其辐照特性也越来越受到关注,成为了新的研究热点。本文基于实验测量和理论建模仿真,主要对应变MOS的高k栅界面特性和总剂量辐照效应展开研究。分析了影响HfO2高k栅介质应变MOS的栅界面特性和栅电流的因素,采用ALD工艺制备了HfO2应变MOS样品,对制备出的样品分别进行退火试验和电应力试验,并基于MOS高频C-V特性和栅电流Ig~Vg特性的实验测量,重点研究具有HfO2高k栅介质的应变MOS的栅界面特性和栅电流特性。研究结果表明,高温退火虽使HfO2高k的介电常数略有减小,但却能显著降低栅氧化层陷阱电荷和界面电荷的数量、降低了栅电流,改善了栅界面特性,提升了器件可靠性;电应力实验表明负压应力对栅电流几乎没有什么影响,正压应力能使栅漏电流大幅减小,这主要是由于依赖于氧化层陷阱的电子F-P发射势垒高度增高,从而引起隧穿抑制,导致栅电流大大减小。因此,高温退火后的HfO2应变MOS表现出良好的栅界面特性,栅电流很小,器件性能大幅提升。基于辐照对应变Si PMOS的作用机制和物理过程,建立了一个可描述其总剂量辐照效应的物理模型,在此基础上建立了γ总剂量辐照条件下应变Si PMOS阈值电压退化解析模型,并进行了模型仿真。仿真结果表明,随着辐照总剂量增加,应变Si PMOS的阈值电压不断漂移,输出饱和漏电流不断减小,而器件的跨导和迁移率也不断降低,器件性能逐渐退化;并且,在同一总剂量辐照下,栅氧层越厚、沟道掺杂浓度越高,阈值漂移越严重,即总剂量辐照对栅氧层厚度和应变沟道掺杂浓度很敏感。最后进行辐照实验,将实验测试结果与仿真结果相对比,发现两者基本一致,证明了所建模型的准确性。