人类深空探索不断向着更深、更远的未知宇宙前进,航天器中的电子器件将面对更复杂的工作环境,其中高能射线粒子引发的各种辐射效应严重限制了电子器件的可靠性。随着特征尺寸逐步进入到纳米领域,器件虽然具有了能耗低、集成度高、反应快等优点,但也引发了一系列的辐射可靠性问题。氧化层厚度的减小,使辐射效应中的总剂量效应影响程度降低,而单粒子效应变成器件失效中最重要的辐射效应。作为出现最多的单粒子瞬态效应（Single Event Transient,SET）虽可能未对器件造成永久性损伤,但经过高能粒子轰击后的器件能否在高温高场的作用下长期可靠使用依然对航天任务的顺利执行起到至关重要的作用。本文首先利用SRIM和SILVACO TCAD软件模拟仿真重离子对28nm工艺MOS器件的损伤及各种因素对于单粒子瞬态电流的影响情况,分析了器件内部电势、电荷分布对器件单粒子效应的影响规律,探讨了不同位置的双极放大增益。然后对重离子辐射后器件进行了高温强场下的长期可靠性研究,取得成果如下:（1）通过SRIM建立重离子入射28nm工艺金属氧化物半导体器件（Metal Oxide Semiconductor,MOS）模型发现,重离子在器件中的射程随着重离子能量的增大而变长,在射程末端会出现最大损伤区,高能重离子会直接穿过纳米尺寸器件,电离能损成为重离子主要的能量损失方式,且电离能损在器件内部不同深度处为常数,即固定能量的重离子入射到器件内部不同深度处的LET值大小相同。（2）通过SILVACO TCAD软件构造了28nm工艺MOS器件的3D结构,基于重离子轰击模型进行单粒子瞬态效应仿真。仿真结果表明:MOS器件不同位置处电流峰值和收集电荷与内部电势趋势一致,漏极成为器件的敏感位置,而远离漏极使得峰值持续时间更长且出现时间点更晚。单粒子瞬态电流随着线性能量转移值（Linear Energy Transfer,LET）的增大而线性增大。沿栅宽比沿栅长方向增大入射角使得器件退化更为严重,偏转角度后的电流峰值与垂直入射时的电流峰值之间近似成反余弦关系;漏极偏置电压Vd的增大导致耗尽区电场强度和宽度增大,进而导致器件瞬态电流增大;相反增大漏掺杂Nd导致漏衬PN耗尽区宽度减小,从而削弱单粒子效应。相比其他因素,双极放大效应对于位置的敏感程度最高,在入射漏极时双极增益达到最大值。（3）通过重离子Ta辐射前后的高温高场实验发现:随着电应力时间的增加,器件阈值电压的正向漂移量增多,这表明电应力作用下产生的界面陷阱Nit和氧化层陷阱Not综合作用显示负电性,阈值电压退化量与应力时间之间表现出幂律关系。增大栅极电应力使得沟道处的电场强度增大,从而加速沟道电子进入界面处参与R-D反应,最终使得器件特性退化程度更加严重。器件尺寸的缩小也使得正偏置温度不稳定效应（Positive Bias Temperature Instability,PBTI）更加严重,PBTI效应中H原子首先在沟道栅两侧产生,从而使得边缘两侧退化更大;另外由于重离子辐射在浅沟槽隔离（Shallow Trench Isolation,STI）界面附近形成了寄生沟道,寄生沟道使得器件开启需要更大的阈值电压;边缘效应和寄生沟道效应都能使小尺寸器件PBTI更容易发生。电应力和辐射的共同作用使器件的退化先变小后增大,原因是辐射在栅氧化层内产生的陷阱电荷在低注量下显示正电荷特性,能够补偿电应力下产生的负电荷,因此退化减小;而在高注量下负的界面陷阱电荷增加,同时辐射在STI区域中产生了正电荷,这两点共同使得器件退化增大。