国家标准计划《空间环境 宇航用半导体器件在轨单粒子事件率预计模型选用指南》由 TC425（全国宇航技术及其应用标准化技术委员会）归口，TC425SC1（全国宇航技术及其应用标准化技术委员会空间环境分会）执行 ，主管部门为中国科学院。

主要起草单位 中国空间技术研究院 。

一、目的 随着核心电子器件国产化与宇航自主可控进程的快速推进，大量国产半导体器件正在或将要应用于宇航型号中，就需要在宇航任务特有的空间辐射环境中实现可靠运行，这对辐射效应敏感的器件提出了抗辐射能力地面评估的要求。

单粒子效应是宇航用器件空间辐射环境应用必须重点考虑的辐射效应，在轨故障占比一直较高，其危害轻则引起航天器业务数据错误，重则引起宇航型号执行错误指令，导致任务失败。

单粒子效应敏感的半导体器件要应用于宇航型号中，必须客观、准确评估其在轨单粒子事件率，作为国产化宇航器件抗单粒子能力的重要表征指标，也是宇航用器件选用决策和加固设计的重要依据，是保障宇航型号在空间辐射环境中可靠运行的重要基础和前提条件。

中华人民共和国航天行业标准QJ 10005A-2018 《宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》中要求在宇航用元器件单粒子试验报告中，“给出在轨单粒子翻转率预示结果”，作为其抗单粒子能力的评估结果。

中国空间技术研究院院标准Q/W-Q-30-16 《航天器产品单粒子效应防护设计工作指南》，在宇航型号产品单粒子效应防护设计工作流程中，规定了在初样研制阶段，设备级需要以器件单粒子事件率为基础，分析设备发生SEE时对航天器的影响。

宇航用器件在轨单粒子事件率预计涉及空间辐射环境计算、粒子输运屏蔽计算、粒子与器件相互作用模型等多个技术环节，国内外在轨预计已发展研究了30余年，在过程中形成的方法和模型较多，模型参数提取与确定的方法也存在多样化。

ESA、NASA等国外宇航机构已建立了相关标准对各环节的模型选用进行规范化，但国内尚待建立相关标准。

这导致在工程实践中，相同器件和应用条件下在不同机构可能形成不同的在轨单粒子事件率评估结果，存在评价不一致的问题，影响国产化器件加固研制考核和型号选用决策。

本标准制定的目的在于，系统性地形成宇航用半导体器件在轨单粒子事件率在轨预计的一般要求和技术流程，给出技术流程中涉及的空间辐射环境模型和效应预计模型的选用原则，提高宇航用器件单粒子事件率的在轨预计工作的规范性和一致性，确保在轨预计结果的客观性和可用性。

二、意义 由于以往宇航用抗辐射加固的半导体器件大量依赖进口，而国外抗辐射加固器件研制水平较高，引进的抗辐射器件绝大部分已具备满足宇航应用的抗单粒子指标，因而国内对相关预计模型选用标准的制定不是那么亟需。

但是，随着国内自主可控的要求，国产化宇航元器件研制进程快速推进，宇航用抗辐射加固半导体器件均由国内研制，元器件抗辐射能力的评价及其预计方法的缺失问题必须面对，且随着国内宇航系统在轨运行服务中断率等研制指标要求的不断提高，对单粒子在轨预计的准确性、一致性要求也越来越高。

因此，本标准的研究制定，可规范宇航用器件的抗单粒子能力评价准则，以统一的流程、方法和模型来评价器件空间辐射环境适用性，保证为宇航型号器件选用和防护设计工作提供统一的、客观的评估数据，这对于国产宇航用抗辐射加固半导体器件的单粒子效应评价具有重要意义，对于促进国产核心电子器件的宇航自主可控应用具有重要作用。

一、范围 本标准文件的内容，主要是规定宇航用元器件单粒子事件率在轨预计的模型选用一般要求、工作流程、工作说明和工作输出。 本标准文件的范围，适用于各种宇航型号飞行轨道的宇航用元器件在轨单粒子翻转率预计，适用于直接电离单粒子翻转和质子核反应单粒子翻转的效应机制的预计。其他类型单粒子事件率在轨预计可参考单粒子翻转率预计进行。 二、主要技术内容 本标准主要技术内容拟包括在轨单粒子事件率预计的一般要求、工作流程和各计算环节的模型选用方法。 一般要求中明确任务要求输入、考虑的主要机制、地面试验数据等输入数据的一般要求和应遵循的标准。器件在轨单粒子翻转率预计流程对在轨单粒子事件率预计的工作流程提出要求，给出直接电离、质子核反应等2种效应机制的预计流程，以及各流程环节的主要工作内容。各工作流程环节的模型选用方法，主要对器件在轨承受的空间辐射粒子环境模型选用与计算、器件单粒子辐照试验数据的曲线模型选用与处理分析、器件在轨单粒子效应预计模型选用与计算等工作流程环节进行了详细规定。 主要技术内容如下： 1、器件在轨单粒子翻转率预计流程 宇航用在轨单粒子事件率预计的工作流程为，通过地面单粒子辐照试验数据分析，获得其单粒子翻转截面随试验辐射粒子LET值(Linear Energy Transfer，线性能量传输，表征粒子入射靶材料在单位路径上的能量损失)或质子能量的变化关系曲线；进而进行单粒子翻转在轨预计模型的参数提取和建模，结合元器件在轨承受的空间质子能谱和粒子LET谱，获得器件的在轨单粒子翻转率。 单粒子翻转在轨预计的技术要素是元器件在轨承受的空间辐射粒子环境计算、元器件单粒子辐照试验数据分析、单粒子翻转率在轨预计模型参数计算与建模。 图1 航天器用单粒子翻转在轨预计一般工作流程 2、器件在轨承受的空间辐射粒子环境模型选用与计算 宇航型号飞行轨道上存在的天然辐射粒子主要来源于地球捕获带质子、地球捕获带电子、太阳宇宙射线、银河宇宙射线、太阳耀斑质子等。各轨道需考虑的辐射粒子来源不同。对各典型轨道，包括低地球轨道(LEO)、太阳同步轨道（SSO）、中地球轨道（MEO）、地球静止轨道（GEO），进行各典型轨道所处空间辐射环境特点分析，结合宇航型号用元器件单粒子效应特点，从质子和重离子两个方面： 1）分析并给出各类型航天器轨道上元器件单粒子翻转率预计需考虑的空间辐射环境来源要求，并给出各辐射粒子来源的计算模型选用方法。 2）给出需考虑地磁屏蔽的航天器轨道和空间辐射环境来源。 3）给出考虑航天器屏蔽的计算要求。 3、器件单粒子辐照试验数据的曲线模型选用与处理分析 在轨单粒子翻转率预计时，需要将器件地面加速器单粒子辐照试验获得的试验数据作为输入数据。考虑重离子直接电离引发单粒子效应的机制，应将各LET值离子辐照对应的单粒子翻转截面数据作为输入数据。考虑质子核反应引发单粒子效应机制，应将各能量质子辐照试验对应的单粒子翻转截面数据作为输入数据。 1）选用曲线模型，对器件地面各LET值离子辐照对应的单粒子翻转截面数据进行曲线拟合，处理获得重离子单粒子翻转截面与粒子LET值的关系曲线。 2）选用曲线模型，对器件地面各能量质子下的单粒子翻转截面数据进行曲线拟合，处理获得质子单粒子翻转截面与能量的关系曲线。 4、器件在轨单粒子效应预计计算 4.1 器件重离子引发单粒子效应在轨预计 1）直接电离单粒子效应在轨预计模型选用方法 研究分析现有多种预计模型的原理和工程应用可行性，调研借鉴国外宇航机构的单粒子效应在轨预计模型标准选用情况，着重针对行业内目前广泛应用RPP/IRPP预计模型进行研究分析，给出直接电离单粒子翻转率在轨预计可选用的模型，以及模型的预计原理及参数物理意义。并针对器件单粒子辐照数据的不同情况，给出各预计模型的选用要求。 2）预计模型参数的确定方法 直接电离单粒子翻转率预计模型的关键参数有：器件翻转临界电荷Qc、敏感区特征尺寸（l,w,h）。预计模型参数的提取基于地面单粒子辐照试验数据的处理分析结果。本标准给出地面单粒子辐照试验数据的处理分析方法和要求，以及根据数据分析处理结果确定模型参数的方法和要求。 4.2质子核反应引发单粒子效应在轨预计 1）质子核反应单粒子效应在轨预计模型选用 研究分析现有多种预计模型的原理和工程应用可行性，着重针对行业内目前广泛应用的基于质子单粒子翻转截面的预计模型进行研究分析，调研借鉴国外宇航机构的单粒子效应在轨预计模型标准选用情况，给出质子核反应单粒子翻转率在轨预计可选用的模型，并针对器件单粒子辐照数据的不同情况，给出各预计模型的选用要求。 2）预计模型参数的确定方法 质子核反应单粒子翻转率预计模型的需要输入器件质子单粒子翻转截面曲线，由地面质子单粒子试验数据处理分析获得。标准需给出对地面质子单粒子辐照试验数据进行处理分析的曲线