随着半导体技术的飞速发展,各种模拟、数字集成电路被广泛应用于航空航天、核工业及粒子物理等领域。它们处在各种电磁、高能粒子的辐射环境中,受到总剂量辐射、单粒子辐射及瞬时效应等多种辐射效应的影响,其工作可靠性及寿命周期受到了严峻的考验。其中,总剂量辐射效应更是受到了广泛的关注与研究。近年来,随着计算机仿真技术的发展,电子系统辐射效应仿真为系统抗辐射设计、理论研究提供了有力支持,既缩短了研发周期又减少了开发费用。目前,对数字集成电路的总剂量效应建模研究主要有基于底层物理的晶体管级模型研究与基于功能的行为模型研究两类。晶体管级模型仿真精度高,适用范围广,但其计算开销大,仿真的电路规模受限,且由于物理模型涉及知识产权信息,半导体厂商往往不愿提供相应模型或对模型加密,难以用于总剂量效应的建模工作。行为级模型不涉及底层物理,模型简单,通用性好且仿真效率高,但其过于依赖试验数据,环境适应性差。针对上述问题,本文提出一种CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）数字集成电路（integrated circuit,IC）行为—物理混合模型,以提高模型适应性与可获得性,降低模型构建难度,且能反映总剂量效应对器件的影响。本文基于CMOS数字IC行为—物理混合模型创建流程,主要研究概括如下:（1）提出一种CMOS数字集成电路行为-物理混合建模方法。该混合模型由描述器件逻辑功能的功能区模块及输入、输出端口物理结构模块构成。（2）搭建CMOS数字集成电路端口电特性测量系统。对CMOS数字IC端口进行物理建模的前提是获取构成端口电路的各晶体管V-I特性曲线。本文在分析端口特性测量原理基础上,基于美国国家仪器公司（national instruments,NI）PXIe系统及Lab VIEW开发环境搭建了测试系统。（3）CMOS数字集成电路端口物理模型构建。在测量或基于IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型提取得到的端口各晶体管特性曲线基础上,利用推导的二极管与MOS管模型提取模型参数。这些模型充分考虑了寄生电阻、速度饱和及沟长调制等二阶效应。根据输入、输出端口电路结构,利用VHDL-AMS语言及数据流建模方法搭建器件端口物理模型。（4）CMOS数字集成电路总剂量效应建模。本文研究了MOS器件总剂量效应的机理,建立了总剂量电离辐照引起的MOS器件的阈值电压漂移、载流子迁移率退化模型。本文通过将MOS器件总剂量效应阈值模型、载流子模型融入端口物理模型以及建立描述时序退化的功能区模型,建立了数字集成电路总剂量效应模型。通过试验对比,验证了模型的功能正确性与可行性。综上所述,本文围绕CMOS数字集成电路总剂量效应建模工作,较为系统全面的研究了建模全流程。解决了物理模型获取困难、仿真复杂度高以及行为模型适用性不好的问题,为数字集成电路的抗辐照设计与研究提供了途径与参考。