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第1章 绪论1

1.1 背景1

1.2 单粒子试验分析4

1.2.1 数据完整和初始数据修正的分析4

1.2.2 电荷收集试验分析4

1.2.3 从截面数据分析器件特性4

1.2.4 器件敏感性参数研究分析5

1.3 空间和航空电子设备SEE发生率建模5

1.3.1 器件辐射环境建模5

1.3.2 器件电荷收集建模5

1.3.3 用于单粒子翻转的电路特性和电路敏感度建模5

1.4 本书纵览6

1.5 本书范围6

第2章 单粒子效应分析和预测基础7

2.1 单粒子效应概述7

2.2 粒子能量沉积8

2.3 单粒子事件环境10

2.3.1 太阳风和太阳周期10

2.3.2 磁层、宇宙射线和俘获粒子运动12

2.3.3 银河宇宙射线14

2.3.4 地磁场俘获质子26

2.3.5 太阳事件28

2.3.6 大气中的电离30

2.4 电荷收集和翻转35

2.5 有效LET值37

2.6 电荷收集体积和长方体37

2.7 翻转截面曲线37

2.8 临界电荷39

2.8.1 临界电荷和LET值阈值39

2.8.2 芯片上单极晶体管和双极型晶体管的临界电荷39

2.8.3 由电路建模研究得到的临界电荷39

2.8.4 器件截面上的敏感度分布39

2.8.5 晶格内部的变化40

2.8.6 临界电荷讨论总结40

2.9 翻转敏感度和特征尺寸40

2.10 截面的概念41

2.10.1 核物理截面的概念41

2.10.2 单粒子事件截面的概念44

第3章 用于分析的重离子试验优化47

3.1 试样重离子试验数据47

3.2 试验要求48

3.3 曲线参数49

3.4 角度步幅52

3.5 达到饱和截面时停止数据采集53

3.6 器件遮蔽效应54

3.7 离子选择55

3.8 确定器件的LET值56

3.9 能量损失分布58

3.10 数据要求59

3.10.1 需要的精度59

3.10.2 需要的准确度60

3.11 试验统计和不确定性60

3.12 双重阈值效应60

3.13 截面数据拟合61

3.14 误差和不确定性的其他来源62

第4章 质子试验优化63

4.1 束流强度和不均匀性的监测63

4.2 试验的总剂量限制63

4.3 截面曲线的外形64

第5章 数据鉴定和解释67

5.1 数据特性67

5.1.1 不合理误差、系统误差及随机误差67

5.1.2 固有随机误差68

5.1.3 数据的局部标准偏差70

5.1.4 数据的废弃71

5.2 问题数据的处理72

5.2.1 系统误差检验72

5.2.2 电压变化实例80

5.2.3 与LET值不一致的数据81

5.2.4 束流污染81

5.2.5 未观测到的事件83

5.2.6 数据的草率或错误拟合83

5.2.7 试验监测和计划85

5.3 重离子试验的解释85

5.3.1 漏斗改变有效LET值85

5.3.2 真实RPP形状的效应87

5.3.3 确定深度和漏斗长度的拟合数据90

5.3.4 厚器件结构92

5.3.5 旋转RPP结构的截面曲线94

5.3.6 截面上的电荷增益效应94

5.4 使用韦伯尔函数进行最小二乘时可能存在的问题95

5.4.1 多次好的拟合95

5.4.2 与韦伯尔拟合不一致的原因97

第6章 不同类型SEU数据的分析100

6.1 临界电荷100

6.2 厚度和临界电荷101

6.3 电荷收集机制101

6.3.1 漂移过程和漏斗102

6.3.2 扩散过程102

6.3.3 等离子体线效应102

6.3.4 ALPHEN（α粒子源漏穿透效应）102

6.3.5 双极型晶体管效应102

6.3.6 复合效应102

6.4 电荷收集和截面曲线103

6.4.1 CMOS103

6.4.2 加固CMOS103

6.4.3 双极器件104

6.4.4 CMOS-SOI104

6.4.5 NMOS——耗尽型负载104

6.4.6 NMOS——电阻性负载104

6.4.7 GaAs HFET104

6.4.8 GaAs C-Higfet104

6.4.9 VLSI工艺的变化105

6.5 功效（芯片内SEU敏感度的变化）105

6.5.1 截面和功效曲线105

6.5.2 SEU功效与面积的关系106

6.5.3 脉冲激光SEU试验获得的功效和SEU敏感度108

6.6 混合模式模拟112

6.6.1 Warren的方法113

6.6.2 Dodd的方法114

6.6.3 Hirose的方法114

6.6.4 Fulkerson的简单方法115

6.6.5 Imax、F（Tmax）方法115

6.6.6 翻转率计算的电路级仿真118

6.6.7 多位翻转区域118

6.6.8 功效和SEU阈值119

6.6.9 从功效到翻转率119

6.7 器件敏感度的参数研究120

6.7.1 数据显示和拟合120

6.7.2 器件参数和SEU敏感度122

6.8 离子种类和能量的影响130

6.9 器件形状和极限截面132

6.9.1 体CMOS器件132

6.9.2 CMOS／SOI133

6.9.3 SRAM133

6.10 径迹尺寸效应133

6.11 截面曲线和电荷收集过程134

6.11.1 效验曲线和电荷收集过程135

6.11.2 反LET值绘图和扩散137

6.12 单粒子多位翻转138

6.12.1 严格的几何形状MBU138

6.12.2 质子诱发MBU140

6.12.3 单位翻转的多次撞击140

6.12.4 DRAM中漫射导致的MBU141

6.12.5 接近敏感区的撞击144

6.12.6 FPGA的多位翻转144

6.12.7 扩散MBU翻转率的计算145

6.12.8 EDAC中几何形状MBE率145

6.12.9 空间环境中的统计MBE率147

6.12.10 几何形状误差对系统性能的影响148

6.12.11 试验环境中的统计MBU150

6.13 逻辑系统中的SEU150

6.14 瞬态脉冲152

第7章 宇宙射线单粒子效应率计算153

7.1 翻转率预估方法简介153

7.2 重离子翻转率的RPP方法153

7.3 积分RPP方法158

7.4 截面曲线的形状161

7.4.1 韦伯尔分布161

7.4.2 对数正态分布162

7.4.3 指数分布163

7.5 RPP方法和IRPP方法背后的假设165

7.5.1 器件相互作用模型165

7.5.2 临界电荷165

7.5.3 翻转率计算的数学基础165

7.5.4 弦长模型167

7.5.5 Bradford公式168

7.5.6 Pickel公式170

7.5.7 Adams公式170

7.5.8 积分RPP方法的公式化172

7.5.9 HICCUP模型173

7.5.10 IRPP使用的要求173

7.6 有效通量方法174

7.7 上限限制模型174

7.8 品质因子翻转率公式175

7.9 广义品质因子176

7.9.1 使用GEO翻转率数据进行品质因子修正177

7.9.2 器件参数的确定178

7.9.3 从列表的部件参数中计算品质因子179

7.9.4 屏蔽后的翻转率系数181

7.10 品质因子和对数正态分布182

7.11 蒙特卡洛方法182

7.11.1 IBM程序182

7.11.2 GEANT4182

7.11.3 中子诱发的翻转183

7.12 PRIVIT183

7.13 积分通量方法183

第8章 质子单粒子效应计算185

8.1 核反应分析185

8.1.1 蒙特卡洛计算188

8.1.2 基于重离子数据预示质子翻转截面188

8.2 半经验方法和积分截面计算189

8.3 质子和重离子翻转间的关系191

8.4 利用质子翻转截面进行的品质因数修正192

8.5 少见的高能质子反应导致的翻转193

8.6 阻止的质子、氦离子和铁离子导致的翻转193

第9章 中子诱发单粒子翻转200

9.1 中子诱发航空电子设备中的翻转200

9.1.1 BGR计算200

9.1.2 积分截面计算201

9.1.3 品质因数计算201

9.1.4 上边界法203

9.1.5 飞行中的暴露203

9.2 地面的翻转203

第10章 重离子核反应产生的翻转205

10.1 重离子核反应205

10.2 电离和核反应综合翻转率计算206

10.3 重核离子反应总结208

第11章 重离子翻转率预测实例209

11.1 低阈值研究209

11.2 韦伯尔函数和对数正态分布的翻转率比较210

11.3 低阈值－中Lc数据213

11.4 SEE敏感性和LET阈值214

11.5 翻转率计算的选择区域和深度218

11.5.1 SOI器件219

11.5.2 CREME计算中包含漏斗219

11.6 CREME96代码的计算219

11.6.1 CREME96／FLUX220

11.6.2 CREME96／TRANS221

11.6.3 CREME96／LETSPEC221

11.6.4 CREME96／HUP221

11.6.5 CREME96结果222

11.7 CREME-MC和SPENVIS223

11.8 截面的不确定性对翻转率的效应223

第12章 质子翻转率预测225

12.1 俘获质子225

12.2 质子诱导翻转率与FOM的关系225

第13章 综合环境227

13.1 质子和宇宙射线翻转率的相对关系227

13.2 利用品质因数进行综合翻转率计算228

13.3 特定新轨道的翻转率系数230

13.4 地球附近任意圆轨道的翻转率系数231

13.5 近地圆轨道质子和重离子翻转率的比值233

13.6 从地面到外空的单粒子效应233

第14章 太阳粒子事件和极端情况下的示例235

第15章 中性粒子束环境翻转率238

15.1 中性粒子束武器的特征238

15.2 中性粒子束翻转率239

第16章 空间单粒子翻转率的预测和观测241

16.1 空间观测的结果241

16.2 环境的不确定性248

16.3 异常值的检测251

16.4 较差翻转率预测的可能原因251

16.5 一篇好的单粒子发生率比较论文的组成252

16.5.1 实验室和空间测试结果的报告253

16.5.2 地面测试结果的分析253

16.5.3 空间预测的环境254

16.5.4 翻转率计算254

16.5.5 空间试验和数据的特征255

16.6 总结255

16.7 近来的比较256

16.8 太阳活动期间事件的比较256

第17章 IRPP方法的局限性257

17.1 IRPP和深器件257

17.2 需要两次撞击时的RPP方法257

17.3 忽略径迹尺寸的RPP方法257

17.4 利用IRPP计算总的单粒子效应数，而不是单粒子翻转数258

17.5 忽略敏感体积外效应的RPP方法258

17.6 假设具有相同LET值的不同粒子的效应相等的IRPP方法258

17.7 假设粒子的LET值在敏感体积中不变化的IRPP方法258

17.8 假设电荷搜集不随着器件方向而改变的IRPP方法259

17.9 单粒子效应发生率分析的现状259

附录A 常用参数260

附录B 参考方程式261

附录C 利用品质因数开展翻转率的快速估计266

附录D 部分特性268

附录E 器件数据来源270

参考文献271