随着空间技术和核技术的发展,辐照效应对电子器件和电路系统造成损伤的问题日益凸显。辐照环境下,电子器件会发生性能退化甚至功能失效从而引发电路系统的故障,带来巨大的损失。其中,总剂量辐照效应对电子器件的损伤最严重,会导致互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)器件的阈值电压漂移,从而引发器件的性能受损甚至功能失效。由于辐照实验成本高、耗时长,近年来逐渐发展为利用计算机软件来模拟和分析电子器件在辐照环境下的行为,为集成电路的设计、仿真、可靠性分析和抗辐加固提供依据。针对上述情况,本文主要开展了两项工作:(1)CMOS反相器总剂量辐照敏感参数的提取。CMOS反相器是由一对互补的增强型金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor,MOS)场效应管组成,MOS管的阈值电压作为总剂量辐照效应的敏感参数和总剂量辐照效应建模中的特征参数,一直备受关注。常见的阈值电压提取方法都是基于MOS管的转移特性曲线,即MOS管的漏电流与栅电压的关系曲线。而CMOS反相器对外提供的四个端口均无法单独测到内部MOS管的转移特性曲线,因此广泛使用的阈值电压提取方法对CMOS反相器不适用。为此,本文提出一种基于电压传输特性(Voltage Transfer Characteristic,VTC)曲线的CMOS反相器阈值电压提取方法,解决了基于转移特性曲线的阈值电压提取方法对CMOS反相器不适用的问题。为了验证基于VTC曲线的CMOS反相器阈值电压提取方法的准确性,本文选择了FDS8960C和NC7SZU04两个实验样品进行了实验。用基于VTC曲线的方法提取了CMOS反相器的阈值电压,并与器件数据手册的典型值作对比,验证了方法的准确性。为了证明所提出的方法能为后续建模提供帮助,本文在SystemVision仿真软件中对两个实验样品进行了仿真,将样品的仿真数据与实验数据作比对来证明本文提取方法的可用性,并可为后续仿真建模提供参考。(2)CMOS反相器总剂量辐照效应的建模。传统的总剂量辐照效应简化模型忽略了辐照剂量率效应,认为辐照引起的阈值电压漂移与辐照总剂量是线性关系。实际上,辐照剂量率的不同会导致栅氧化层电场分布的不同和辐照退火效率的不同,最终导致阈值电压漂移量也不相同。因此简化模型对总剂量辐照效应描述的准确性低。为了提高对CMOS反相器总剂量辐照效应建模的准确性,本文提出一种考虑辐照剂量率效应的CMOS反相器总剂量辐照效应改进模型。为了验证所提出的CMOS反相器总剂量辐照效应改进模型的准确性,本文对FDS8960C进行了总剂量辐照实验。实验表明器件的阈值电压受辐照的影响负向漂移。然后分别用改进模型和简化模型对辐照实验数据进行拟合,结论是改进模型误差更小,准确度更高。为了证明改进模型能够运用到总剂量辐照效应的计算机仿真中,本文用SystemVision仿真了FDS8960C的总剂量辐照效应,仿真结果与实验结果吻合,证明了所提出的改进模型准确性高、可用性强。本文提出的基于VTC曲线的CMOS反相器阈值电压提取方法,解决了广泛使用的基于转移特性曲线的阈值电压提取方法对CMOS反相器不适用的问题。本文提出的CMOS反相器总剂量辐照效应改进模型,解决了简化模型准确性低的问题。本文的研究成果提高了CMOS反相器总剂量效应计算机建模的准确性,能够为集成电路的抗辐设计和加固工艺提供一定的参考。