先进电子元器件在空间环境下面临辐射效应和常规可靠性的双重威胁。随着器件的特征尺寸缩小，内部电场强度增大，使得器件的长期可靠性问题愈发明显，而在空间中，总剂量辐射与常规可靠性共同作用会产生新的、更为复杂的损伤机制。目前国内外关于总剂量环境下器件可靠性在物理层面的退化机制尚不明确。因此，深入研究辐射与器件可靠性退化之间的相互作用，对于宇航元器件与电路长期、稳定、高效工作具有重要意义。本文选取超深亚微米工艺SOI MOS器件为主要研究对象，对器件在电离总剂量辐射环境下的热载流子效应、栅氧经时击穿和负偏置温度不稳定性分别进行了研究。随着沟道长度缩短，沟道中高能载流子引发的热载流子注入效应已成为影响MOS器件可靠性的重要因素。热载流子效应与电离总剂量辐射在损伤机理上具有一定的相似性，研究抗辐射加固器件的热载流子效应对于加深对总剂量辐射与热载流子效应之间相互作用物理机制的理解具有重要意义。本文通过实验对抗辐射加固工艺的T形、H形以及环形栅PD SOI NMOSFET在电离总剂量辐射下的热载流子可靠性进行了研究，结合仿真结果与理论分析，发现对于T形和H形栅器件，PD SOI器件在辐照后背栅与正栅产生了耦合效应，辐射导致的背栅电荷俘获影响了器件正栅的热载流子退化；在环栅器件中，发现总剂量辐射抑制了热载流子效应，同时消除了在热载流子应力中附加的偏置不稳定性效应。本部分研究得出了总剂量辐射和热载流子共同作用于不同结构SOI器件的影响，为高可靠性SOI器件在航天领域的更广泛应用提供了改进思路。目前关于电离总剂量效应对MOS器件栅氧经时击穿的影响尚无定论，本文开展了关于不同能量质子、中子和伽马射线辐照对于不同栅氧厚度MOS晶体管和电容栅可靠性影响的一系列研究工作，通过研究辐照前后器件栅漏电、CV特性以及经时击穿时间进行研究，得出总剂量辐射对器件经时击穿的影响是MOS本征结构缺陷电荷与STI、spacer上辐照导致的电荷俘获共同作用的结果，并且首次发现了快中子辐照对器件栅介质可靠性的影响，为微纳器件在空间中的高可靠性应用提供了重要理论基础与实验依据。器件尺寸缩小使得PMOS器件的可靠性问题变得无法忽略，而关于辐射环境下PMOS器件的可靠性退化并无较多报道。本文对总剂量辐照后的PMOSFET的热载流子效应和NBTI效应进行了研究，结果表明在辐照环境下PMOS的热载流子效应更加严重，特别是栅电流退化，加快了器件失效的进程；另外，通过分析实验结果，得出在PMOS中总剂量效应与NBTI效应存在竞争关系，即在只考虑MOSFET本征结构时，辐照会提高器件的NBTI可靠性，而在引入STI结构后，辐照导致的STI电荷俘获会使得器件NBTI退化增强。该部分研究为先进纳米器件在空间辐射环境下的寿命评估提供了重要实验依据和理论基础，同时对于研究NBTI深层退化机理具有重要意义。综上所述，本文基于三种可靠性机制，对总剂量环境下电子元器件在长期工作中的退化过程进行了全面、系统的研究，加深了对总剂量辐照环境下微纳器件可靠性退化的机制的了解，为器件与电路设计人员提供了重要数据参考，为星载电子系统可靠性的研究提供了重要理论依据。