基于重离子和质子数据预测大气中子SEE错误率的方法与流程

本发明属于电子器件辐射效应领域，具体涉及基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法。

背景技术：

1、大气中子是由宇宙空间的高能粒子进入大气层并与之核反应产生的，其能量覆盖了从热中子到gev能区，能谱和通量受到海拔高度、纬度、太阳活动、地磁变化等的影响。中子可通过与电子器件内部材料核反应产生的次级离子的电离引发单粒子效应(singleevent effect,see)。大气中子会对航空器的危害受到国际航空界的广泛关注和重视，制定了微电子器件的中子单粒子效应试验方法及抗大气辐射环境能力的评估方法的标准，如jesd89a、iec 62396等。大气中子单粒子效应对地表金融、大数据、智能汽车等高可靠性行业的危害也日益受到关注。

2、对大气中子引发的单粒子效应错误率进行预测是评估电子器件抗大气中子辐射性能的核心内容。目前，预测大气中子see错误率主要有两种方法。一种是开展器件的白光中子辐照试验，白光中子由高能质子轰击重元素产生，其前向能谱形状接近于大气中子，但注量率高数百万倍，可用于器件大气中子单粒子效应的加速试验，加速的倍数一般认为是能量在1或10mev之上的中子注量率的比值。值得注意的是，白光中子与特定位置的大气中子能谱形状虽然接近，但仍然存在差别，这种差别对于大气中子see错误率的预估带来较大的不确定性。

3、另外一种是开展器件的准单能中子辐照实验，获取其中子see截面随能量的变化关系，然后将其与大气中子能谱结合得到大气中子see错误率。准单能中子一般由质子与7li核反应产生，除了单能峰中子之外，还产生了低能的尾部中子，这就给获取单能峰峰值能量对应的中子see截面带来了困难。常用的迭代逆卷积尾部修正方法需预先假定中子see截面随能量变化的曲线形式，这样会使获得的中子see截面的误差较大，最终会导致基于此得到的大气中子see错误率的误差较大，因此有必要寻求新的大气中子see错误率预测方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，能够在一定程度上避免传统基于白光中子和准单能中子see试验进行预测方法中存在的较大不确定性，从重离子、质子与中子的单粒子效应机制出发，基于试验获得的重离子和质子的see截面，实现对于中子see截面的预测，进而将其与大气中子能谱结合，计算大气中子see错误率，拓展获取大气中子see错误率的新途径。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1、开展电子器件的重离子see试验，获取其重离子see截面，并对重离子see截面与重离子的let值之间的关系进行weibull拟合；

4、s2、开展电子器件的质子see试验，选取多种不同能量的质子对电子器件进行辐照，获取电子器件的质子see截面；

5、s3、对质子与硅核反应进行蒙特卡罗模拟，得到不同能量质子与硅核反应产物的let谱；

6、s4、基于电子器件的重离子see截面和模拟计算出的不同能量质子与硅核反应产物的let谱对质子see截面进行预测，确定使得预测结果与实验最为吻合的等效厚度t′；

7、s5、对中子与硅核反应进行蒙特卡罗模拟，得到不同中子能量处的中子与硅核反应产物let谱；

8、s6、基于电子器件的重离子see截面、模拟计算出的不同中子能量处的中子与硅核反应产物let谱和等效厚度t′对中子see截面进行预测；

9、s7、结合中子see截面和大气中子能谱对大气中子see错误率进行预测。

10、进一步，步骤s1中采用4种以上不同let值的重离子辐照电子器件，以获取电子器件的重离子see截面。

11、进一步，步骤s3中利用蒙特卡罗软件模拟nin个能量为e的质子入射厚度为h的薄硅层，统计质子与硅核反应产生的let值在区间内的产物数目，以计算核反应产物let谱其中nsi为单位体积内的si原子个数，l代表核反应产物的let值。

12、进一步，步骤s3中进行蒙特卡罗模拟所用质子能量应与试验所用能量相同，或者覆盖试验所用质子能量的能区。

13、进一步，步骤s4中根据公式对质子see截面进行预测，其中e为质子能量，t为等效厚度，σhi为重离子see截面，nsi为单位体积内的si原子个数，为不同能量质子与硅核反应产物的let谱。

14、进一步，步骤s4中在对质子see截面进行预测时，将预测得到的多个质子能量处的质子see截面与试验得到的质子see截面进行比较，找到在整体上使得二者最为接近的等效厚度值t′。

15、进一步，步骤s5中利用蒙特卡罗软件模拟nin个能量为e的中子入射厚度为h的薄硅层，统计中子与硅核反应产生的let值在区间内的产物数目δn，以计算核反应产物let谱

16、

17、进一步，步骤s6中根据公式对中子see截面进行预测。

18、进一步，步骤s7中根据公式对大气中子see错误率进行预测，其中c为电子器件所包含的单元数目，为大气中子能谱，σn(e)为中子see截面。

19、进一步，步骤s5中进行蒙特卡罗模拟所用的中子的能量应覆盖大气中子能区。

20、进一步，步骤s1中所述see试验包括seu试验，所述see截面包括seu截面。

21、本发明的有益技术效果在于：本发明所公开的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，基于质子和中子均是通过核反应产生的次级粒子的电离引发单粒子效应的，二者和重离子引发的单粒子效应截面之间的关联是相同的，且在对质子see截面进行预测和对中子see截面进行预测时的等效厚度应为同一值。基于此开拓了预测大气中子see错误率的新途径，使得不经过白光或准单能中子see试验就能获得大气中子see错误率，同时能够在一定程度上避免这两种预测方法中存在的较大不确定性。由于基于质子、中子和重离子单粒子效应机制之间的关联而建立，理论上应具有更高的准确度，为评估电子器件的抗大气中子辐射性能奠定可靠基础。

技术特征：

1.基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s1中采用4种以上不同let值的重离子辐照电子器件，以获取电子器件的重离子see截面。

3.如权利要求2所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s3中利用蒙特卡罗软件模拟nin个能量为e的质子入射厚度为h的薄硅层，统计质子与硅核反应产生的let值在区间内的产物数目δn，以计算核反应产物let谱其中nsi为单位体积内的si原子个数，l代表核反应产物的let值。

4.如权利要求3所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s3中进行蒙特卡罗模拟所用质子能量应与试验所用能量相同，或者覆盖试验所用质子能量的能区。

5.如权利要求4所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s4中根据公式对质子see截面进行预测，其中e为质子能量，t为等效厚度，σhi为重离子see截面，nsi为单位体积内的si原子个数，为质子与硅核反应产物的let谱。

6.如权利要求5所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s4中在对质子see截面进行预测时，将预测得到的多个质子能量处的质子see截面与试验得到的质子see截面进行比较，找到在整体上使得二者最为接近的等效厚度值t′。

7.如权利要求6所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s6中根据公式对中子see截面进行预测，其中为中子与硅核反应产物的let谱。

8.如权利要求7所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s7中根据公式对大气中子see错误率进行预测，其中c为电子器件所包含的单元数目，为大气中子能谱，σn(e)为中子see截面。

9.如权利要求1所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s5中进行蒙特卡罗模拟所用的中子的能量应覆盖大气中子能区。

10.如权利要求1所述的基于重离子和质子数据预测大气中子see错误率的方法，其特征在于：步骤s1中所述see试验包括单粒子翻转试验。

技术总结
本发明涉及基于重离子和质子数据预测大气中子SEE错误率的方法，通过开展重离子SEE试验，获取电子器件的重离子SEE截面；开展质子SEE试验，获取质子SEE截面；模拟得到质子与硅核反应产物的LET谱，结合电子器件的重离子和质子SEE截面，确定等效厚度t′；对中子与硅核反应进行模拟得到中子与硅核反应产物LET谱，结合重离子SEE截面、中子与硅核反应产物LET谱和等效厚度t′对中子SEE截面进行预测；结合大气中子能谱和中子SEE截面对大气中子SEE错误率进行预测。本发明中公开的方法，仅通过实验获得的重离子和质子的SEE截面，即可预测大气中子SEE错误率，并且得到的错误率预测结果比传统方法更为简单可靠。

技术研发人员：韩金华,郭刚,刘建成,陈启明,马旭,殷倩
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19