一種衛星用器件抗輻射能力的評估方法及其系統的製作方法
2023-10-30 23:20:12 3
專利名稱：一種衛星用器件抗輻射能力的評估方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及衛星用器件風險評估技術領域，具體涉及一種衛星用器件抗輻射能力 的評估方法及其系統。
背景技術：
衛星系統使用大量半導體集電路，如微處理器(CPU)、數位訊號處理器(DSP)、現 場可編程邏輯陣列(FPGA)、存儲器(Memory)、及門電路等，但應用在衛星上的半導體集成 電路在空間將遭遇非常惡劣的環境，如輻射環境、熱真空環境、微流星/空間碎片環境等。空間輻射環境將會引起半導體集成電路電離損傷及(/或)原子位移損傷。原子 位移損傷是高能質子入射半導體材料後原子移位，造成晶格缺陷，導致器件性能下降，移位 損傷是累積效應，即累積到一定注量也會導致器件失效；電離損傷包括總劑量效應損傷和 單粒子效應損傷。總劑量效應損傷主要是由空間的質子或電子入射半導體器件、在器件氧 化層和界面態誘生電子_空穴對，導致器件電性能退化。單粒子效應是指單個高能粒子入 射半導體器體導致器件存儲單位的狀態發生變化、或邏輯狀態發生變化、或其它如功能中 止等現象，單粒子效應包括單粒子翻轉(SEU)、單粒子閂鎖(SEL)、單粒子功能中止(SEFI)、 單粒子燒毀(SEB)等，單粒子效應是瞬態效應，即器件在空間發生單粒子的概率是隨機的， 單粒子效應主要由空間的重離子及高能質子引起的。在地面開展電離損傷及(/或)原子位移損傷等空間環境效應試驗來科學有效地 評估衛星用器件抗輻射能力，是衛星選用元器件的關鍵環節，也是衛星高可靠的重要保障。 目前，我國已具備了總劑量效應試驗，及重離子引起的單粒子效應試驗的能力、方法及手 段，可通過上述試驗對衛星用器件的抗輻射能力進行評估。但是，由於還不具備質子引起單 粒子效應試驗的設備能力及手段，因此，通過在地面開展質子單粒子效應試驗，計算質子單 粒子翻轉率來計算空間輻射環境中質子單粒子事件的概率，從而評估衛星用器件的抗輻射 能力的方法還無法實現。現有技術中雖存在著不通過在地面開展質子單粒子效應試驗，而直接基於其他試 驗數據推算質子單粒子翻轉率的經驗算法，例如J. Barak等人提出了一種基於重離子單粒子效應試驗數據推算質子的經驗算法σρ(αο)=2.22χ σ5σΛ/ ^25σρ(-)為質子單粒子翻轉極根截面，σ h 為重離子單粒子翻轉飽和截面；Petersen等人提出了一種基於重離子單粒子效應試驗數據據推算質子的閾值經 驗算法，L0被定義為單粒子翻轉飽和截面面的10%處所對應的重離子的LET值A = L0+15基中A是質子能量在⑴時的單粒子翻轉截面，也稱極限截面；Ltl被定義為單粒子 翻轉飽和截面面的10%處所對應的重離子的LET值。但是，經驗算法會導致數量級的誤差。
發明內容
本發明的目的是提供一種無需在地面開展質子單粒子效應試驗，用重離子實驗數 據推算質子單粒子翻轉率來評估衛星用器件的抗輻射能力的方法，以彌補現有技術中存在 的不足。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種衛星用器件抗輻射能力的評估方法，包括步驟Si.對待測器件進行重離子單粒子效應試驗，獲取試驗數據；S2.根據所述試驗數據，推演質子單粒子翻轉截面表達式；S3.根據所述質子單粒子翻轉截面表達式以及質子單粒子翻轉率計算公式，計算 所述質子單粒子翻轉率；S4.根據所述質子單粒子翻轉率，評估所述待測器件的抗輻射能力。其中，所述步驟S2進一步包括S2. 1利用Weibull函數擬合所述試驗數據，得出尺度參數以及形狀參數；S2. 2根據所述試驗數據以及訴述尺度參數、形狀參數，推演質子單粒子翻轉截面 表達式。其中，所述質子單粒子翻轉率計算公式為
式中Rp為質子單粒子翻轉率，Φ (E)為質子微分能譜，σ (E)為質子單粒子翻轉 截面，E為質子能量，E0為質子單粒子翻轉能量閾值，Efflax為空間質子最大能量。其中，所述實驗數據包括重離子單粒子翻轉飽和截面、重離子單粒子有效LET 值、重離子單粒子效應閾值。一種衛星用器件抗輻射能力的評估系統，該系統包括獲取單元，用於獲取待測器 件重離子單粒子翻轉試驗的試驗數據；推演單元，用於根據所述試驗數據，推演質子單粒子 翻轉截面；計算單元，用於根據所述質子單粒子翻轉截面以及質子單粒子翻轉率計算公式， 計算所述質子單粒子翻轉率；評估單元，用於根據所述質子單粒子翻轉率，評估所述待測器 件的抗輻射能力。其中，所述推演單元進一步包括數據處理子單元，利用Weibull函數擬合所述試 驗數據，得出尺度參數以及形狀參數；推演子單元，用於根據所述試驗數據以及訴述尺度參 數、形狀參數，推演質子單粒子翻轉截面表達式。其中，所述質子單粒子翻轉率計算公式為
式中Rp為質子單粒子翻轉率，Φ (E)為質子微分能譜，σ (E)為質子單粒子翻轉 截面，E為質子能量，E0為質子單粒子翻轉能量閾值，Efflax為空間質子最大能量。其中，所述實驗數據包括重離子單粒子翻轉飽和截面、重離子單粒子有效LET 值、重離子單粒子效應閾值。
使用本發明的方法及系統對衛星用器件抗輻射能力進行評估，通過用重離子單粒 子翻轉試驗推演出質子單粒子翻轉率，不用開展質子單粒子效應試驗實現了全面評估器件 在任務器件單粒子效應風險水平，不必處理由質子引起的輻射汙染，實現了全面評估器件 在任務器件單粒子效應風險水平，使風險評估更科學、更有效。
圖1本發明的衛星用器件抗輻射能力的評估方法流程圖；圖2為步驟2的詳細流程圖；圖3本發明的衛星用器件抗輻射能力的評估系統結構圖。
具體實施例方式本發明提出的衛星用器件抗輻射能力的評估方法及其系統，結合附圖和實施例說 明如下。如圖1所示，本發明衛星用器件抗輻射能力的評估方法包括步驟Si.對待測器件進行重離子單粒子效應試驗，獲取包括重離子單粒子翻轉飽和截 面、重離子單粒子有效LET值、重離子單粒子效應閾值等在內的試驗數據；S2.根據試驗數據，計算質子單粒子翻轉截面；S3.根據質子單粒子翻轉截面以及質子單粒子翻轉率計算公式，計算質子單粒子 翻轉率；
S4.根據質子單粒子翻轉率，評估待測器件的抗輻射能力。 其中，如圖2所示，步驟S2進一步包括
S2. 1利用Weibull函數擬合試驗數據，得出尺度參數及形狀參數； 將完整的重離子單粒子σ -LET曲線利用Weibull函數進行擬合
σ (L) = σ sat (l-exp{_[ (L-LO)/w]s}).........(1)
其中L為有效LET值，單位:MeV-cm2/g ； σ sat為重離子單粒子翻轉飽和截面； L0為單粒子效應閾值； w為尺度參數，s為形狀參數。
S2. 2根據試驗數據以及尺度參數W、形狀參數s，推演質子單粒子翻轉截面表達式；
； C為密度，單位g/cm2 ；Nat是單位立方釐米內的矽原子個數； 將w、s帶入公式(3)，求解β (Ep)，結合公式(3)、⑷、(5)、(6)推出質子單粒子 翻轉截面表達式。步驟S3中的質子單粒子翻轉率計算公式如下 式中RP為質子單粒子翻轉率(day—1 · bit—1)，Φ (E)為質子微分能譜 (cm-2 · day"1 · MeV"1)，σ (E)為質子單粒子翻轉截面(cm2/bit)，E為質子能量(MeV)，E0為 質子單粒子翻轉能量閾值(MeV)根據公式(2)求得，Emax為空間質子最大能量(MeV)。其中Φ (E)和Emax可通過查詢獲得。σ (E)由步驟S2. 2得出。如圖2所示，本發明的衛星用器件抗輻射能力的評估系統包括獲取單元，用於獲取待測器件重離子單粒子翻轉試驗的試驗數據；推演單元，用於 根據試驗數據，推演質子單粒子翻轉截面；計算單元，用於根據質子單粒子翻轉截面以及質 子單粒子翻轉率計算公式，計算質子單粒子翻轉率；評估單元，用於根據質子單粒子翻轉 率，評估待測器件的抗輻射能力。其中，推演單元進一步包括數據處理子單元，利用Weibull函數擬合試驗數據， 得出尺度參數以及形狀參數；推演子單元，用於根據試驗數據以及訴述尺度參數、形狀參 數，推演質子單粒子翻轉截面表達式。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
一種衛星用器件抗輻射能力的評估方法，其特徵在於，該方法包括步驟S1.對待測器件進行重離子單粒子效應試驗，獲取試驗數據；S2.根據所述試驗數據，推演質子單粒子翻轉截面表達式；S3.根據所述質子單粒子翻轉截面表達式以及質子單粒子翻轉率計算公式，計算所述質子單粒子翻轉率；S4.根據所述質子單粒子翻轉率，評估所述待測器件的抗輻射能力。
2.如權利要求1所述的衛星用器件抗輻射能力的評估方法，其特徵在於，所述步驟S2 進一步包括S2. 1利用Weibull函數擬合所述試驗數據，得出尺度參數以及形狀參數；S2. 2根據所述試驗數據以及訴述尺度參數、形狀參數，推演質子單粒子翻轉截面表達式。
3.如權利要求1所述的衛星用器件抗輻射能力的評估方法，其特徵在於，所述質子單 粒子翻轉率計算公式為 式中RP為質子單粒子翻轉率，Φ (E)為質子微分能譜，σ (E)為質子單粒子翻轉截面， E為質子能量，E0為質子單粒子翻轉能量閾值，Efflax為空間質子最大能量。
4.如權利要求1和2所述的衛星用器件抗輻射能力的評估方法，其特徵在於，所述實 驗數據包括重離子單粒子翻轉飽和截面、重離子單粒子有效LET值、重離子單粒子效應閾 值。
5.一種衛星用器件抗輻射能力的評估系統，其特徵在於，該系統包括獲取單元，用於獲取待測器件重離子單粒子翻轉試驗的試驗數據；推演單元，用於根據所述試驗數據，推演質子單粒子翻轉截面；計算單元，用於根據所述質子單粒子翻轉截面以及質子單粒子翻轉率計算公式，計算 所述質子單粒子翻轉率；評估單元，用於根據所述質子單粒子翻轉率，評估所述待測器件的抗輻射能力。
6.如權利要求5所述的衛星用器件抗輻射能力的評估系統，其特徵在於，所述推演單 元進一步包括數據處理子單元，利用Weibull函數擬合所述試驗數據，得出尺度參數以及形狀參數；推演子單元，用於根據所述試驗數據以及訴述尺度參數、形狀參數，推演質子單粒子翻 轉截面表達式。
7.如權利要求5所述的衛星用器件抗輻射能力的評估系統，其特徵在於，所述質子單 粒子翻轉率計算公式為 式中RP為質子單粒子翻轉率，Φ (E)為質子微分能譜，σ (E)為質子單粒子翻轉截面， E為質子能量，E0為質子單粒子翻轉能量閾值，Efflax為空間質子最大能量。
8.如權利要求5和6所述的衛星用器件抗輻射能力的評估系統，其特徵在於，所述實 驗數據包括重離子單粒子翻轉飽和截面、重離子單粒子有效LET值、重離子單粒子效應閾 值。
全文摘要
本發明涉及一種衛星用器件抗輻射能力的評估方法，該方法包括步驟對待測器件進行重離子單粒子效應試驗，獲取試驗數據；利用Weibull函數擬合試驗數據，得出尺度參數以及形狀參數，推演質子單粒子翻轉截面表達式；根據質子單粒子翻轉截面表達式以及質子單粒子翻轉率計算公式，計算質子單粒子翻轉率；根據質子單粒子翻轉率，評估待測器件的抗輻射能力。本發明還涉及一種衛星用器件抗輻射能力的評估系統。
文檔編號G01R31/00GK101900770SQ20091008554
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者劉燕芳, 孫旭朋, 宋巖, 王群勇, 白樺, 陽輝, 陳冬梅, 陳宇 申請人:北京聖濤平試驗工程技術研究院有限責任公司