本書層次結構清晰，內容詳實，總結了單粒子效應領域新研究成果，繫統深入地闡述了電子器件和集成電路空間單粒子效應的基本概念和原理，試驗測試的基礎理論和方法，單粒子效應對電子繫統的影響及防護設計基本方法，空間單粒子翻轉率計算及不確定性分析等方面的內容。

本書繫統闡述了電子器件和集成電路空間單粒子效應的基本概念和原理，試驗測試的基礎理論與方法，單粒子效應對電子繫統的影響及防護設計的基本方法，空間單粒子翻轉率計算方法及不確定性分析等方面內容。全書共分為七章，主要包括：誘發單粒子效應的空間輻射環境，介紹了能夠誘發產生單粒子效應的幾種空間輻射因素；輻射與半導體材料相互作用，論述了重離子、質子及脈衝激光與半導體材料的相互作用過程；單粒子效應機理與分類，主要對常見單粒子現像產生的基本過程和特征進行了分析說明；單粒子效應測試方法，詳細介紹常見單粒子效應(SEU、SEL、SEB、SEGR、SET、SEFI)測試方法及輻射模擬源，包括有關試驗及加固保障測試標準與方法；單粒子效應對器件及繫統特性的影響，介紹了單粒子效應引起的繫統故障及其模擬注入分析方法；單粒子效應減緩設計，介紹了常見單粒子效應(SEU、SEL、SEB、SET、SEFI)誘發繫統故障的防護設計方法；模擬試驗與單粒子翻轉率計算，介紹了單粒子翻轉率計算中涉及到的環境因素、模型和方法及不確定度分析等。

曹洲，研究員，理學博士。長期從事空間輻射效應及航天器抗輻射加固技術研究工作。負責完成了十多項預先研究項目及基金項目，研究成果為航天器電子繫統空間輻射防護設計提供了技術依據；建立了空間單粒子效應地面實驗室試驗與評估的手段和方法，使锎源單粒子效應試驗繫統和脈衝激光模擬單粒子效應試驗繫統在工程設計及加固評估中得到應用；基於研究工作中形成的實驗方法，負責和參與編制了兩項空間輻射效應試驗與評估方面的國家標準；負責完成了多個航天工程單粒子效應加固設計的驗證與評估試驗。獲省部級科學技術進步二等獎和三等獎各一項。撰寫多篇專題科學技術報告，參加了多次國內外學術交流及研討會議，公開發表論文30多篇，會議論文30篇。

第 1章 誘發單粒子效應的空間輻射環境 001
1．1銀河宇宙射線 003
1．2太陽風和太陽活動周期 007
1．3太陽粒子事件 010
1．4輻射帶高能質子 013
1．5南大西洋異常區高能質子 015
參考文獻 016
第 2章 輻射與半導體材料的相互作用 019
2．1輻射與半導體材料相互作用的基本過程 021
2．1．1重離子線性能量傳輸值LET和射程R 023
2．1．2重離子與半導體材料相互作用過程的空間尺度 027
2．1．3重離子與半導體材料相互作用過程的時間尺度 028
2．2重離子在半導體硅材料中的電離徑跡結構 030
2．2．1Katz理論 030
2．2．2電荷徑向分布輪廓（徑向劑量計算） 032
2．2．3重離子徑跡結構的經驗模型 035
2．3聚焦脈衝激光束在半導體硅材料中的電離徑跡結構 038
2．3．1一般性物理描述 038
2．3．2激光誘發的電子 空穴對產生率 040
2．4質子與半導體硅材料的相互作用 042
2．4．1高能質子與硅材料核反應過程 044
2．4．2質子與硅材料核反應反衝核 046
2．4．3反衝核的LET值分布 048
2．5不同模擬源的等效性問題 051
2．5．1重離子誘發的電子 空穴對產生率 052
2．5．2LET值等效計算中的非線性引入誤差分析 053
2．5．3線性等效激光LET 054
參考文獻 056
第3章單粒子效應機理 059
3．1概述 061
3．2單粒子翻轉機理 067
3．2．1單粒子翻轉現像物理描述 068
3．2．2敏感節點的電荷收集 070
3．2．3單粒子翻轉敏感性與特征尺寸關繫 078
3．3單粒子瞬態機理 085
3．3．1單粒子瞬態現像描述 085
3．3．2單粒子瞬態的產生及傳播 087
3．3．3傳播過程的脈衝加寬特性 091
3．3．4單粒子瞬態脈衝湮滅及電荷共享 095
3．3．5總劑量對單粒子瞬態的影響 097
3．3．6溫度效應 102
3．4單粒子鎖定機理 104
3．4．1單粒子鎖定現像物理描述 107
3．4．2單粒子鎖定與溫度的關繫 114
3．5單粒子燒毀機理 117
3．5．1單粒子燒毀現像物理描述 117
3．5．2單粒子燒毀與漏 源電壓的關繫 119
3．6單粒子柵擊穿機理 122
3．6．1單粒子柵擊穿現像物理描述 123
3．6．2單粒子柵擊穿的半經驗模型 126
3．6．3薄層電荷模型 129
3．7單粒子功能中斷機理 131
參考文獻 133
第4章 單粒子效應測試 145
4．1單粒子效應測試概論 147
4．1．1測試繫統的主要功能 148
4．1．2測試軟件設計一般要求 148
4．1．3靜態偏置測試方法 149
4．1．4黃金芯片比較法 150
4．1．5準黃金芯片法 152
4．1．6松散式耦合繫統法 152
4．2單粒子翻轉測試 153
4．2．1器件偏壓和數據形態設置 154
4．2．2器件工作模式選擇 154
4．2．3器件溫度及控制 156
4．2．4入射離子能量與角度 157
4．3單粒子瞬態測試 158
4．3．1單粒子瞬態測試方法及原則 159
4．3．2基於芯片的內嵌式SET脈寬測試 163
4．3．3基於芯片外的SET脈寬測試 165
4．3．4單粒子瞬態測試舉例 167
4．4單粒子鎖定測試 170
4．4．1單粒子鎖定主要特征 170
4．4．2單粒子鎖定測試原理 171
4．4．3測試繫統方案設計 174
4．5單粒子燒毀測試 176
4．5．1破壞性測試方法 177
4．5．2非破壞性測試方法 178
4．5．3測試繫統方案設計 179
4．6單粒子柵擊穿測試 184
4．7單粒子功能中斷測試 188
4．7．1SDRAM器件的單粒子功能中斷測試 188
4．7．2微處理器的單粒子功能中斷測試 193
4．8單粒子效應試驗模擬源 195
4．8．1重離子模擬源 195
4．8．2放射性同位素锎源252Cf 199
4．8．3激光單粒子效應模擬試驗繫統 201
4．9單粒子效應試驗標準簡介 202
4．10加固保障測試 205
4．10．1質子SEE加固保障測試 205
4．10．2重離子SEE加固保障測試 221
4．11在軌測試數據舉例 232
參考文獻 235
第5章單粒子效應對器件及繫統特性的影響 239
5．1單粒子效應造成的繫統故障 241
5．1．1單粒子效應對微處理器繫統的影響 242
5．1．2單粒子效應對FPGA繫統的影響 254
5．1．3單粒子效應對數字信號處理繫統的影響 265
5．1．4單粒子效應對SOC繫統的影響 269
5．1．5單粒子效應對二次電源繫統的影響 273
5．2繫統故障模擬注入分析 279
5．2．1故障模型 280
5．2．2故障注入流程 281
5．2．3硬件故障模擬注入 282
5．2．4軟件故障模擬注入 284
5．2．5模擬仿真故障注入方法 287
5．2．6混合故障注入方法 290
5．2．7電路模擬故障注入方法 290
5．3航天器單粒子故障事例 291
5．3．1國外航天器單粒子故障 293
5．3．2國內航天器單粒子故障 297
參考文獻 299
第6章 單粒子效應減緩設計 303
6．1繫統設計時面臨的問題 307
6．1．1任務需求分析 308
6．1．2單粒子效應危害性分析 309
6．2SEU減緩設計 310
6．2．1屏蔽防護方法 311
6．2．2加固設計 316
6．2．3冗餘和刷新 324
6．2．4檢錯與糾錯 329
6．2．5復雜器件的SEU緩解技術 338
6．3SEL減緩設計 350
6．3．1器件工藝與結構的SEL防護設計 351
6．3．2電路板級的SEL防護設計 355
6．4SEB和SEGR減緩設計 361
6．4．1降額設計的一般要求 362
6．4．2結合具體應用的降額設計 366
6．5SET減緩設計 368
6．5．1SET信號屏蔽 368
6．5．2三模冗餘設計 370
6．5．3邏輯重復 371
6．5．4時閾冗餘 372
6．5．5驅動晶體管尺寸調整方法 373
6．5．6動態閾值MOS邏輯陣列電路原理 374
6．5．7共源 共柵電壓開關邏輯門電路 376
6．6SEFI減緩設計 379
參考文獻 379
第7章 單粒子翻轉率計算 383
7．1計算用輻射環境模型 387
7．1．1銀河宇宙射線離子模型 388
7．1．2太陽耀斑質子模型 391
7．1．3LET譜曲線及應用 393
7．2翻轉率計算模型 396
7．2．1長方形平行管道（RPP）模型 399
7．2．2有效通量模型 403
7．3翻轉率計算方法 404
7．4翻轉截面模型 408
7．5半經驗計算方法 410
7．6質子單粒子翻轉率計算 411
7．6．1利用質子單粒子翻轉截面計算翻轉率 411
7．6．2利用重離子翻轉試驗數據計算質子單粒子翻轉率 413
7．6．3計算方法的適應性 415
7．7不確定性分析 416
7．7．1環境模型及不確定性 418
7．7．2LET不確定性 420
7．7．3綜合性因素分析 425
參考文獻 428
附錄 431
索引 437