空间单粒子效应 影响航天电子系统的危险因素PDF电子书下载

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 CMOS 103

6.4.2 加固CMOS 103

6.4.3 双极器件 104

6.4.4 CMOS-SOI 104

6.4.5 NMOS——耗尽型负载 104

6.4.6 NMOS——电阻性负载 104

6.4.7 GaAs HFET 104

6.4.8 GaAs C-Higfet 104

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／SOI 133

6.9.3 SRAM 133

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MBU 138

6.12.2 质子诱发MBU 140

6.12.3 单位翻转的多次撞击 140

6.12.4 DRAM中漫射导致的MBU 141

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MBU 150

6.13 逻辑系统中的SEU 150

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 GEANT4 182

7.11.3 中子诱发的翻转 183

7.12 PRIVIT 183

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／FLUX 220

11.6.2 CREME96／TRANS 221

11.6.3 CREME96／LETSPEC 221

11.6.4 CREME96／HUP 221

11.6.5 CREME96结果 222

11.7 CREME-MC和SPENVIS 223

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