电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置，只需建立待检测电子器件的三维模型，通过将大气中子入射至待检测电子器件的三维模型进行单粒子效应仿真实验即可获取到核反应产物在灵敏区的沉积能量，根据灵敏区的沉积能量获取核反应产物效应数量，根据核反应产物效应数量以及参考单位时间获取预测结果，整个单粒子效应检测过程无需使用实测实验，即无需花费大量时间进行实测实验可实现检测，提高检测效率，且无需利用大气中子地面加速实验装置即可实现单粒子效应检测，即无需花费大量成本即可实现检测，成本低。

Electronic device, atmospheric neutron, single event effect prediction method and device

The present invention relates to a method and device for predicting electronic devices of atmospheric neutron single particle effect, three-dimensional model is established to be detected by electronic devices, the 3D models of atmospheric neutron incident to the detected electronic devices can be simulated to obtain single particle effect nuclear reaction product of energy deposition in the sensitive region, according to the energy deposition the sensitive area to get nuclear reaction product effect quantity, according to the number of nuclear reaction effect and reference unit time to obtain the prediction results, the effect of the single particle detection process without the use of experiment, which is required to spent a lot of time to experiment can achieve the detection, improve the detection efficiency, and without the use of atmospheric neutron ground acceleration test device can detect single particle effect, without significant cost, can realize the detection of low cost.

【技术实现步骤摘要】
电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置
本专利技术涉及电力电子
，特别是涉及一种电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置。
技术介绍
大气中存在由大量的辐射粒子组成的复杂辐射环境，这些辐射粒子主要由空间中存在的银河宇宙射线和太阳抛射的太阳宇宙射线进入地球的中性大气，并与中性大气中的氮和氧发生交互作用而形成，主要包括中子、质子、电子、γ射线、π介子以及μ介子等。由于中子不带电、穿透能力极强且大气中含量高，中子入射航空电子系统、地面大型电子器件如超级计算机、基站、汽车电子以及服务器等引起的单粒子效应成为威胁其安全工作的关键潜在因素，也就是说，大气中子辐射至这些电子器件，可能会导致这些电子器件发生错误，即出现单子粒子效应，单粒子效应是指具有一定能量的单个粒子(包括重离子、质子、中子等)在半导体器件中产生的效应，包括单粒子翻转、多位翻转、单粒子锁定、单粒子硬错误、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子栅穿以及单粒子瞬态脉冲等，也就是中子入射至半导体器件后半导体器件产生了错误，单粒子效应可导致电器器件工作状态异常，严重时可导致电器器件烧毁造成不安全后果，从而需要对电子器件进行大气中子辐射环境的探测和单粒子效应研究。然而，现有的大气中子单粒子效应检测的方法包括实验和地面加速实验，实验是最直接的方法，但耗时长、效率低，地面加速实验效率较高，但要求有对应的加速实验装置，此类装置成本高。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有单粒子效应检测过程中效率和成本不能同时保证的问题，有必要提供一种既效率高又能减少成本的电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置。一种电子器件大气中子单粒子效应预测方法，包括以下步骤：获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及所述大气中子谱的参考单位时间；建立所述待检测电子器件的三维模型，其中，所述待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及所述灵敏区的临界电荷；根据所述大气中子谱对应的大气中子对所述待检测器件的三维模型进行仿真实验，获取所述大气中子入射至所述待检测电子器件的三维模型，在所述待检测电子器件的三维模型中产生的核反应产物以及所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量；根据所述沉积能量以及所述灵敏区的临界电荷，获取所述核反应产物中所述沉积能量大于所述临界电荷的核反应产物效应数量，其中，单个所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量大于所述临界电荷对应一次单粒子效应；根据所述参考时间单位以及所述核反应产物效应数量，获取每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数，并将每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数作为所述待检测电子器件单粒子效应的预测结果；根据所述预测结果，确定所述待检测电子器件的安全等级。本专利技术还提供一种电子器件大气中子单粒子效应预测装置，包括：获取模块，用于获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及所述大气中子谱的参考单位时间；模型建立模块，用于建立所述待检测电子器件的三维模型，其中，所述待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及所述灵敏区的临界电荷；能量获取模块，用于根据所述大气中子谱对应的大气中子对所述待检测器件的三维模型进行仿真实验，获取所述大气中子入射至所述待检测电子器件的三维模型，在所述待检测电子器件的三维模型中产生的核反应产物以及所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量；单粒子效应次数获取模块，用于根据所述沉积能量以及所述灵敏区的临界电荷，获取所述核反应产物中所述沉积能量大于所述临界电荷的核反应产物效应数量，其中，单个所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量大于所述临界电荷对应一次单粒子效应；预测结果获取模块，用于根据所述参考时间单位以及所述核反应产物效应数量，获取每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数，并将每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数作为所述待检测电子器件单粒子效应的预测结果；安全等级确定模块，用于根据所述预测结果，确定所述待检测电子器件的安全等级。上述电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置，首先，获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及大气中子谱的参考单位时间，建立待检测电子器件的三维模型，根据大气中子谱对应的大气中子对待检测器件的三维模型进行仿真实验，获取核反应产物在灵敏区中的沉积能量，再获取核反应产物效应数量，根据参考时间单位以及核反应产物效应数量，获取每参考单位时间内待检测电子器件发生单粒子效应的次数，即获得待检测电子器件单粒子效应的预测结果，根据预测结果，确定待检测电子器件的安全等级。也就是说，只需建立待检测电子器件的三维模型，通过将大气中子入射至待检测电子器件的三维模型进行单粒子效应模拟实验即可获取到核反应产物在灵敏区的沉积能量，根据灵敏区的沉积能量获取核反应产物效应数量，根据核反应产物效应数量以及参考单位时间获取预测结果，整个单粒子效应检测过程无需使用实测实验，即无需花费大量时间进行实测实验可实现检测，提高检测效率，且无需利用大气中子地面加速实验装置即可实现单粒子效应检测，即无需花费大量成本即可实现检测，成本低。附图说明图1为一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测方法的流程图；图2为待检测电子器件三维模型图；图3为另一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测方法中获取灵敏区的参数的子流程图；图4为单粒子效应截面与线性能量转移值之间的关系图；图5为另一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测方法中获取灵敏区的参数的子流程图；图6为一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测装置的模块图；图7为另一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测装置的模块图；图8为另一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测装置中参数获取模块的子模块图；图9为另一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测装置中参数获取模块的子模块图。具体实施方式请参阅图1，提供一种实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测方法，包括以下步骤：S110：获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及大气中子谱的参考单位时间。在大气中存在各种辐射粒子，其中，大气中子在大气中含量较高，大气中子辐射到电子器件对电子器件，可能会导致电子器件发生错误，即发生单粒子效应，从而，有必要对电子器件进行单粒子效应研究。首先，获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及大气中子谱的参考单位时间，其中，大气中子谱表示大气中子的通量-能量谱，即大气中子谱的横坐标为中子能量，纵坐标为大气中子的通量(每参考单位时间内通过的中子数量)。具体地，根据待检测电子设备所在环境的经纬度、海拔以及太阳活动等参数确定大气中子谱，可通过SpaceRadiation(空间辐射环境及效应分析)软件计算得到大气中子谱。可以理解，也可通过其他模型、工具或实测数据等方式计算得到待检测电子器件所处环境的大气中子谱。获取大气中子谱的参考单位时间，也就是说为后续单粒子效应检测模拟实验提供实验时间，即当采用上述大气中子谱对应的大气中子辐射待检测电子器件参考单位时间，可实现待检测电气器件在参考单位时间内的单粒子效应检测。例如，当参考单位时间为1分钟，则待检测电子器件的单粒子效应检测为1分钟内待检测电子器件发生单粒子效应的次数，当参考时间为1小时，则待检测电子器件的单粒子效应检测为小时内待检测电子器件发生单粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子器件大气中子单粒子效应预测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及所述大气中子谱的参考单位时间；建立所述待检测电子器件的三维模型，其中，所述待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及所述灵敏区的临界电荷；根据所述大气中子谱对应的大气中子对所述待检测器件的三维模型进行仿真实验，获取所述大气中子入射至所述待检测电子器件的三维模型，在所述待检测电子器件的三维模型中产生的核反应产物以及所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量；根据所述沉积能量以及所述灵敏区的临界电荷，获取所述核反应产物中所述沉积能量大于所述临界电荷的核反应产物效应数量，其中，单个所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量大于所述临界电荷对应一次单粒子效应；根据所述参考时间单位以及所述核反应产物效应数量，获取每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数，并将每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数作为所述待检测电子器件单粒子效应的预测结果；根据所述预测结果，确定所述待检测电子器件的安全等级。

【技术特征摘要】
1.一种电子器件大气中子单粒子效应预测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及所述大气中子谱的参考单位时间；建立所述待检测电子器件的三维模型，其中，所述待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及所述灵敏区的临界电荷；根据所述大气中子谱对应的大气中子对所述待检测器件的三维模型进行仿真实验，获取所述大气中子入射至所述待检测电子器件的三维模型，在所述待检测电子器件的三维模型中产生的核反应产物以及所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量；根据所述沉积能量以及所述灵敏区的临界电荷，获取所述核反应产物中所述沉积能量大于所述临界电荷的核反应产物效应数量，其中，单个所述核反应产物在所述灵敏区中的沉积能量大于所述临界电荷对应一次单粒子效应；根据所述参考时间单位以及所述核反应产物效应数量，获取每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数，并将每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的次数作为所述待检测电子器件单粒子效应的预测结果；根据所述预测结果，确定所述待检测电子器件的安全等级。2.根据权利要求1所述的电子器件大气中子单粒子效应预测方法，其特征在于，所述建立所述待检测电子器件的三维模型的步骤包括：获取所述待检测电子器件的表层金属布线参数、灵敏区参数、埋氧层参数以及衬底层参数；其中，所述灵敏区参数包括灵敏区的长度、宽度和厚度以及所述灵敏区的临界电荷；根据所述待检测电子器件的表层金属布线参数、灵敏区参数、埋氧层参数以及衬底层参数建立所述待检测电子器件的三维模型。3.根据权利要求2所述的电子器件大气中子单粒子效应预测方法，其特征在于，获取灵敏区参数包括步骤：获取所述灵敏区的材料密度以及所述待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度，将所述待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为所述灵敏区的厚度；获取所述待检测电子器件在重离子加速器辐照下的单粒子效应截面与线性能量转移值的数据对；通过韦伯拟合对预设的所述数据对进行拟合，获得韦伯拟合曲线；根据所述韦伯拟合曲线，获取线性能量转移阈值以及饱和截面；根据所述饱和截面，获取所述灵敏区的长度和宽度；根据所述线性能量转移阈值、所述灵敏区的材料密度以及所述灵敏区的厚度，获取所述临界电荷。4.根据权利要求2所述的电子器件大气中子单粒子效应预测方法，其特征在于，获取灵敏区参数包括步骤：获取预先设置的至少两个预设厚度以及所述灵敏区的材料密度，将所述预先设置的各所述预设厚度分别作为所述灵敏区的初始厚度；获取所述待检测电子器件在重离子加速器辐照下的单粒子效应截面与线性能量转移值的数据对；通过韦伯拟合对预设的所述数据对进行拟合，获得韦伯拟合曲线；根据所述韦伯拟合曲线，获取线性能量转移阈值以及饱和截面；根据所述饱和截面，获取所述灵敏区的长度和宽度；根据所述线性能量转移阈值、所述灵敏区的材料密度以及每个所述灵敏区的初始厚度，获取至少两个初始临界电荷，其中，所述初始临界电荷的数量与所述灵敏区的初始厚度的数量相同；根据所述待检测电子器件的表层金属布线参数、所述灵敏区的长度和宽度、所述埋氧层参数、所述衬底层参数、每个所述灵敏区的初始厚度以及与所述灵敏区的初始厚度对应的每个所述初始临界电荷建立至少两个所述待检测电子器件的初始三维模型，其中，所述待检测电子器件的初始三维模型的数量与所述灵敏区的初始厚度的数量相同；根据所述大气中子谱对应的大气中子分别对每个所述待检测器件的初始三维模型进行仿真实验，获取所述大气中子入射至每个所述待检测电子器件的初始三维模型，在每个所述待检测电子器件的初始三维模型中产生的初始核反应产物以及所述初始核反应产物在所述灵敏区中的初始沉积能量；根据各所述沉积能量以及各所述初始临界电荷，获取每个所述初始三维初始模型对应的所述初始核反应产物中所述初始沉积能量大于对应的所述初始临界电荷的初始核反应产物数量，其中，单个所述初始核反应产物在所述灵敏区中的初始沉积能量大于所述初始临界电荷对应一次单粒子效应；根据所述参考时间单位以及每个所述初始三维初始模型对应的所述初始核反应产物数量，获取每所述参考单位时间内各所述初始三维初始模型对应的所述待检测电子器件发生单粒子效应的初始次数；将每所述参考单位时间内所述待检测电子器件发生单粒子效应的各所述初始次数分别对应作为所述待检测电子器件单粒子效应的初始预测结果，获得至少两个所述初始预测结果，所述初始预测结果的数量与所述预设厚度的数量相同；获取预设结果；将所述待检测电子器件单粒子效应的各所述初始预测结果分别与所述预设结果进行比较，将各所述初始预测结果中与所述预设结果误差最小的初始预测结果对应的所述预设厚度作为所述灵敏区的厚度。5.根据权利要求3或4所述的电子器件大气中子单粒子效应预测方法，其特征在于，所述灵敏区的长度和宽度均为所述饱和截面的平方根；获取所述临界电荷的公式具体为：其中，所述Qc为所述临界电荷，所述LETth为所述线性能量转移阈值，所述ρSi为所述灵敏区的材料密度，所述z为所述灵敏区的厚度。6.一种电子器件大气中子单粒子效应预测装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取待检测电子器件所处环境的大气中子谱以及所述大气中子谱的参考单位时间；模型建立模块，用于建立所述待检测电子器件的三维模型，其中，所述待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及所述灵敏区的临界电荷；能量获取模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张战刚，雷志锋，师谦，岳龙，黄云，恩云飞，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44