利用重离子翻转试验数据推算质子单粒子翻转率

由于质子与重粒子产生的单粒子翻转的物理机制都是因为重离子穿过灵敏区，电离产生的电荷被电极收集导致器件状态翻转，故质子与重粒子产生的单粒子翻转有许多共同特征。因此，可以利用重离子试验数据推导出质子单粒子翻转截面数据，实践表明该方法是可行的。另外，由于质子加速器试验设备的限制，质子单粒子效应试验一般很难开展，质子试验数据极其有限，而重粒子单粒子效应试验相对容易，一般可获得的器件和集成电路的单粒子效应数据是重离子试验数据，因而利用重离子试验数据估算质子单粒子翻转率也是工程设计中常采用的方法。利用重离子试验数据计算质子单粒子翻转率公式为：

式中，E0为阈值能量；σp（E）为利用重离子试验数据推出的质子翻转截面积（cm2）；φ（E）为质子微分流量。

（一）PROFIT半经验模型

PROFIT（Proton Fit）方法是建立在重离子翻转试验数据基础上，经过计算分析，采用经验拟合而得出质子翻转截面大小的。该半经验模型不需要复杂的数据处理，仅需考虑重离子翻转截面σi随LET值的变化曲线形状；对传统器件来说，模型假设所有的器件单元具有相同的表面、相同的耗尽层深度，但具有不同的LET阈值；且质子与硅的核反应截面是入射质子能量的函数，核反应产物中仅考虑硅原子，其LET值是沉积能量的函数。在上述条件下，拟合给出的质子单粒子翻转截面积随其能量变化的经验关系式为：

式中，L（E）=exp[（-0.150+0.013 7×E+1.38×10-5×E2）/（1+0.045 9×E+1.73×10-5E2）]；σ0是重离子翻转饱和截面积；L0、W、S是重离子翻转截面曲线的Weibull拟合参数；E为入射质子能量（MeV）。

把上述方程式（7.6-5）代入方程式（7.6-4），即可得到在特定轨道质子单粒子翻转率大小。该模型拟合非常方便、简单，其拟合数据与试验测量数据接近，预估精确度相对较高。但该模型只适合于LET阈值不大于15（LET阈值≤15 MeV·cm2/mg）的器件质子单粒子翻转率大小计算，即该模型不能应用于部分加固器件质子单粒子翻转率大小计算。

（二）BGR方法

Ziegler和Lanford为了计算中子和质子在硅材料中反应沉积能量诱导的单粒子翻转率，提出了BGR方法（Burst Generation Rate）。该模型认为所有器件的敏感体积厚度t=2 μm，电荷有效收集系数为C=0.5（对所有RAM器件，其余别的器件时C=0.6）。BGR方法拟合的质子翻转截面积为：

即：

式中，BGR（E，Er）是带有能量E的入射粒子与硅反应产生的沉积能量大于Er的粒子的概率（cm2/μm3），且(www.xing528.com)

把上述方程代入方程式（7.6-6）即可得到在特定轨道质子单粒子翻转率大小，该模型对有些器件来说计算结果与在轨实测接近，但也对有些器件其预估精确度相对较差。

（三）FOM模型和Bendel参数模型相结合的方法

该方法首先利用上面提到的半经验FOM模型拟合出质子SEU饱和截面积，再利用重离子试验数据拟合出“近似阈值能量”A，然后用Bendel模型拟合出质子SEU截面与能量的关系。

FOM模型拟合出质子单粒子翻转饱和截面积为：

式中，σ0是重粒子SEU饱和截面积；L0.25是σ为σ0/4时所对的LET值。

利用重离子试验数据拟合出Bendel模型参数A，A=15+L0.1。运用Bendel模型拟合得出质子翻转截面与能量的关系式为：

把方程式（7.6-7）代入方程式（7.6-4），即可得到在特定轨道质子单粒子翻转率大小。该模型的优点是拟合简单，其拟合出的数据与试验测量数据接近，其预估精确度高。