电子器件大气中子单粒子效应预测方法及装置与流程

本发明涉及电力电子技术领域，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

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。

本发明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Space Radiation(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子效应的次数。

S120：建立待检测电子器件的三维模型。

其中，待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及灵敏区的临界电荷。对于实体的待检测电子器件而言，大气中子入射时可能导致单粒子效应，在进行单粒子效应检测时，需要对待检测电子器件建立三维模型，以模拟实体的待检测器件，通过模拟待检测电子器件所处环境的大气中子谱，对待检测电子器件的三维模型进行中子辐射实验，以检测待检测电子器件的单粒子效应。

S130：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，获取大气中子入射至待检测电子器件的三维模型，在待检测电子器件的三维模型中产生的核反应产物以及核反应产物在灵敏区中的沉积能量。

通过将大气中子谱对应的大气中子入射至待检测电子器件的三维模型进行模拟实验，大气中子谱对应的大气中子入射至待检测电子器件的三维模型后，由于中子核反应会产生相应的核反应产物，核反应产物的部分或全部能量沉积在灵敏区。也就是说，大气中子入射至待检测电子器件的三维模型进行模拟时间后，可获得在待检测电子器件的模型中产生的核反应产物以及核反应产物在灵敏区中的沉积能量。具体地，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参考单位时间的仿真实验，即将大气中子入射至待检测电子器件参考单位时间进行单粒子效应检测，获取大气中子入射至待检测电子器件的三维模型，参考单位时间内在待检测电子器件的模型中产生的核反应产物以及核反应产物在灵敏区中的沉积能量。在本实施例中，通过中子输运仿真工具，例如Geant4(是欧洲核子中心主导开发用于精确模拟粒子在介质中输运过程的数值计算软件工具)、MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code，是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LosAlamos National Laboratory)开发的基于蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题的通用软件工具)等进行上述仿真实验。

S140：根据沉积能量以及灵敏区的临界电荷，获取核反应产物中沉积能量大于临界电荷的核反应产物效应数量。

其中，单个核反应产物在灵敏区中的沉积能量大于临界电荷对应一次单粒子效应。也就是说，通过检测大气中子产生的核反应产物中沉积能量大于临界电荷的数量，即核反应产物效应数量，以获取发生单粒子效应的次数。例如，有m(大于0的正整数)个核反应产物沉积在灵敏区的沉积能量大于临界电荷，即有m个核反应产物效应数量。

S150：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，并将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作为待检测电子器件单粒子效应的预测结果。

由于上述辐射实验是基于参考单位时间对待检测电子器件进行大气中子入射单粒子效应检测的，获得上述核反应产物效应数量后，也就是知道在参考单位时间内产生单粒子效应的次数。

具体地，大气中子谱的通量为每1小时通过n(大于0的正整数)个大气中子数量，将该大气中子谱对应的大气中子入射至待检测电子器件进行1小时单粒子效应检测，也就是说将1小时内n个大气中子入射到待检测电气器件进行实验检测，大气中子可能会对待检测电子器件造成单粒子效应，通过大气中子入射至待检测电子器件后产生的核反应产物在灵敏区的沉积能量以及灵敏区的临界电荷，获取核反应产物效应数量，比如，得到m个核反应产物效应数量，则可知待检测电子器件单粒子效应的预测结果为每小时发生了m次单粒子效应，也就是说知道在1小时内待检测电子器件发生单粒子效应的次数，实现待检测电子器件的单粒子效应检测。

S160：根据预测结果，确定待检测电子器件的安全等级。

通过对待检测电子器件的单粒子效应的检测获得预测结果，可用于评价待检测电子器件在其所处环境下的辐射可靠性，也就是说，根据预测结果，可确定待检测电子器件的安全等级，以确保待检测电子器件安全运行。具体地，由于预测结果为每参考单位时间内发生单粒子效应的次数，电子器件发生单粒子效应即是电子器件发生的错误，也就是说，发生的单粒子效应次数越少，电子器件发生的错误越少，也就越安全，从而，用户可根据安全等级决定是否再继续使用电子器件，提高安全。

上述电子器件大气中子单粒子效应预测方法，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，上述电子器件大气中子单粒子效应预测方法，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。

在其中一个实施例中，建立待检测电子器件的三维模型的步骤S120包括：获取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；根据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待检测电子器件的三维模型。

对于待检测电子器件，依次包括表层金属布线、灵敏区、埋氧层以及衬底层，从而，通过获取表层金属布线参数(包括表层金属布线的厚度等)、灵敏区参数、埋氧层参数(埋氧层的厚度等)以及衬底层参数(衬底层的厚度等)，可以依次建立待检测电子器件的表层金属布线、灵敏区、埋氧层以及衬底层的三维模型，从而建立起待检测电子器件的三维模型，如图2所示，待检测电子器件的三维模型依次包括表层金属布线层、灵敏区、埋氧层以及衬底层。其中，灵敏区参数包括灵敏区的长度、宽度和厚度以及灵敏区的临界电荷。进一步地，待检测电子器件在灵敏区靠近表层金属布线的一侧还设有介质层，例如，二氧化硅层，在进行三维建模时，还需获取介质层参数，即介质层厚度以及介质层材料成分等，根据待检测电子器件的表层金属布线参数、介质层参数、灵敏区参数、埋氧层参数以及衬底层参数建立待检测电子器件的三维模型。在本实施例中，可通过制造工艺或反向分析获得金属布线的厚度以及介质层的厚度、材料成份等。可通过地面重离子加速器辐照实验获灵敏区参数得，埋氧层参数以及衬底层参数可通过制造工艺或反向分析获得。

请参阅图3，在其中一个实施例中，获取灵敏区参数包括步骤：

S301：获取灵敏区的材料密度以及待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度，将待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为灵敏区的厚度。

对于半导体电子器件，包括有耗尽区和阱区，例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)反向器是一种半导体电子器件。在本实施例中，待检测电子器件包括耗尽区和阱区，通过获取待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度，将待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为灵敏区的厚度，从而实现灵敏区参数中灵敏区的厚度的获取。

S302：获取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。

即预先通过地面重离子加速器辐照实验可得到待检测电子器件的单粒子效应截面与线性能量转移值的数据对，也就是说这些数据对是可通过预先实验得到，然后对其进行获取即可，在进行本实施例中的单粒子效应检测时无需进行实验，提高效率。具体地，将待检测器件暴露在重离子加速器辐照环境下，用于模拟待检测器件被使用的辐射环境，例如，空间飞行器的空间辐射环境。通过将待检测器件暴露在重离子加速器辐照环境下，能够获取待检测器件在辐射环境下的单粒子效应截面与线性能量转移值的数据对。

S303：通过韦伯拟合对预设的数据对进行拟合，获得韦伯拟合曲线。

S304：根据韦伯拟合曲线，获取线性能量转移阈值以及饱和截面。

S305：根据饱和截面，获取灵敏区的长度和宽度。

S306：根据线性能量转移阈值、灵敏区的材料密度以及灵敏区的厚度，获取临界电荷。

上述获得的预设的数据对是离散的数据点，通过对这些离散的数据对进行拟合可得到与这些数据对较为接近的拟合曲线。在本实施例中，通过韦伯拟合方法对这些预设的数据对进行拟合。具体拟合过程如下：

首先，设置韦伯拟合曲线的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数以及第四拟合参数，根据第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数以及第四拟合参数，建立初始韦伯拟合曲线。建立初始韦伯拟合曲线的公式具体如下：

σ(LET)＝σ_sat(1-exp{-[(LET-LET_th)/W]^S})。

其中，σ(LET)为初始韦伯拟合曲线的因变量，即单粒子效应截面，σ_sat为第一拟合参数，LET为初始韦伯拟合曲线的自变量，即线性能量转移值，LET_th为第二拟合参数，W为第三拟合参数，S为第四拟合参数。其中，第一拟合参数对应单粒子效应检测过程中待检测电子器件的灵敏区的饱和截面，第二拟合参数对应线性能量转移阈值，也就是说，对初始韦伯拟合曲线中参数进行求解获知第一拟合参数和第二拟合参数后即可知灵敏区的饱和截面和线性能量转移阈值。

在建立初始韦伯拟合曲线后，根据预设的数据对，计算第一拟合参数的值、第二拟合参数的值、第三拟合参数的值以及第四拟合参数的值，即初始韦伯拟合曲线中的四个拟合参数的值均获知。再根据第一拟合参数的值、第二拟合参数的值、第三拟合参数的值以及第四拟合参数的值，获得韦伯拟合曲线，如图4所示，为单粒子效应截面与线性能量转移值的关系图，图4中的曲线即为韦伯拟合曲线，离散的数据点对应预设的数据对，曲线的纵坐标为单粒子效应截面，横坐标为线性能量转移值。

也就是将第一拟合参数的值、第二拟合参数的值、第三拟合参数的值以及第四拟合参数的值代入到初始韦伯拟合曲线中获得韦伯拟合曲线。根据韦伯拟合曲线中的第一拟合参数的值可获知灵敏区的饱和截面，根据第二拟合参数的值即可获知线性能量转移阈值。然后在根据饱和截面，获取灵敏区的长度和宽度，根据线性能量转移阈值、灵敏区的材料密度以及灵敏区的厚度，获取临界电荷。

请参阅图5，在另外一个实施例中，获取灵敏区参数包括步骤：

S501：获取预先设置的至少两个预设厚度以及灵敏区的材料密度，将预先设置的各预设厚度分别作为灵敏区的初始厚度。

S502：获取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。

S503：通过韦伯拟合对预设的数据对进行拟合，获得韦伯拟合曲线。

S504：根据韦伯拟合曲线，获取线性能量转移阈值以及饱和截面。

S505：根据饱和截面，获取灵敏区的长度和宽度。

S506：根据线性能量转移阈值、灵敏区的材料密度以及每个灵敏区的初始厚度，获取至少两个初始临界电荷。

其中，初始临界电荷的数量与灵敏区的初始厚度的数量相同。也就是说，由于初始临界电荷需要根据灵敏区的初始厚度计算得到，从而获取有多少个初始厚度，对应计算多少个初始临界电荷。

S507：根据待检测电子器件的表层金属布线参数、灵敏区的长度和宽度、埋氧层参数、衬底层参数、每个灵敏区的初始厚度以及与灵敏区的初始厚度对应的每个初始临界电荷建立至少两个待检测电子器件的初始三维模型。

其中，待检测电子器件的初始三维模型的数量与灵敏区的初始厚度的数量相同。由于灵敏区的初始厚度的数量有多个，根据灵敏区的多个初始厚度对应可获得多个临界电荷，从而对应建立多个待检测电子器件的初始三维模型。在本实施例中，得到多个待检测电子器件的初始三维模型后，对待检测电子器件的每个初始三维模型进行单粒子效应检测，可得到与预先设置的预设厚度的数量相同个数的初始预测结果，也就是说，对于单个待检测电子器件，建立至少两个初始三维模型，可对应得到至少两个初始预测结果。

S508：根据大气中子谱对应的大气中子分别对每个待检测器件的初始三维模型进行仿真实验，获取大气中子入射至每个待检测电子器件的初始三维模型，在每个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初始核反应产物在灵敏区中的初始沉积能量。

对每个初始三维模型进行大气中子入射实验，单个初始三维模型可对应得到一组初始核反应产物以及初始核反应产物在灵敏区中的初始沉积能量，从而，可得到至少两组初始核反应产物以及两组初始核反应产物分别在灵敏区中的初始沉积能量。

S509：根据各沉积能量以及各初始临界电荷，获取每个初始三维初始模型对应的初始核反应产物中初始沉积能量大于对应的初始临界电荷的初始核反应产物数量。

其中，单个初始核反应产物在灵敏区中的初始沉积能量大于初始临界电荷对应一次单粒子效应。

S510：根据参考时间单位以及每个初始三维初始模型对应的初始核反应产物数量，获取每参考单位时间内各初始三维初始模型对应的待检测电子器件发生单粒子效应的初始次数。

S511：将每参考单位时间内待检测电子器件发生单粒子效应的各初始次数分别对应作为待检测电子器件单粒子效应的初始预测结果，获得至少两个初始预测结果。

其中，初始预测结果的数量与预设厚度的数量相同。

S512：获取预设结果。

S513：将待检测电子器件单粒子效应的各初始预测结果分别与预设结果进行比较，将各初始预测结果中与预设结果误差最小的初始预测结果对应的预设厚度作为灵敏区的厚度。

预设结果是预先通过实测实验进行单粒子效应检测得到的，也就是说预设结果是通过实测试验已获得的结果。由于得到的各初始预测结果的准确度不尽相同，需要在这些初始预测结果中选择最佳初始预测结果对应的初始厚度作为灵敏区的厚度，也就是说，在本实施例中，是通过预先设置一系列的预设厚度作为灵敏区的初始厚度，然后再根据灵敏区的初始厚度对应的每个初始预测结果以及预设结果来确定哪个初始预测结果是最佳的，选择最佳的初始预测结果果对应的初始厚度作为灵敏区的厚度。由于选择的最佳的初始预测结果是与预设结果误差最小的，根据该初始预测结果可准确地确定灵敏区的厚度，提高后续单粒子效应预测准确性。

在其中一个实施例中，灵敏区的长度和宽度均为饱和截面的平方根。

获取临界电荷的公式具体为：

其中，Q_c为临界电荷，LET_th为线性能量转移阈值，ρ_Si为灵敏区的材料密度，z为灵敏区的厚度。

也就是说，将待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为灵敏区的厚度时，此处的z即为检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度。又或者，是通过在预先设置的至少两个厚度中的任意一个厚度，根据每个厚度进行临界电荷的计算，可得到至少两个临界电荷，临界电荷的数量与厚度的数量相同。另外，获取初始临界电荷的公式与上述获取临界电荷的公式类似，不同点在于获取初始临界电荷时将上述公式中等式右边的灵敏区的厚度z替换为灵敏区的初始厚度。

请参阅图6，还提供一实施例的电子器件大气中子单粒子效应预测装置，包括：

获取模块610，用于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Space Radiation(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子效应的次数。

模型建立模块620，用于建立待检测电子器件的三维模型。

其中，待检测电子器件的三维模型中包括灵敏区以及灵敏区的临界电荷。对于实体的待检测电子器件而言，大气中子入射时可能导致单粒子效应，在进行单粒子效应检测时，需要对待检测电子器件建立三维模型，以模拟实体的待检测器件，通过模拟待检测电子器件所处环境的大气中子谱，对待检测电子器件的三维模型进行中子辐射实验，以检测待检测电子器件的单粒子效应。

能量获取模块630，用于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，获取大气中子入射至待检测电子器件的三维模型，在待检测电子器件的三维模型中产生的核反应产物以及核反应产物在灵敏区中的沉积能量。

通过将大气中子谱对应的大气中子入射至待检测电子器件的三维模型进行模拟实验，大气中子谱对应的大气中子入射至待检测电子器件的三维模型后，由于中子核反应会产生相应的核反应产物，核反应产物的部分或全部能量沉积在灵敏区。也就是说，大气中子入射至待检测电子器件的三维模型进行模拟时间后，可获得在待检测电子器件的模型中产生的核反应产物以及核反应产物在灵敏区中的沉积能量。具体地，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参考单位时间的仿真实验，即将大气中子入射至待检测电子器件参考单位时间进行单粒子效应检测，获取大气中子入射至待检测电子器件的三维模型，参考单位时间内在待检测电子器件的模型中产生的核反应产物以及核反应产物在灵敏区中的沉积能量。

单粒子效应次数获取模块640，用于根据沉积能量以及灵敏区的临界电荷，获取核反应产物中沉积能量大于临界电荷的核反应产物效应数量。

其中，单个核反应产物在灵敏区中的沉积能量大于临界电荷对应一次单粒子效应。也就是说，通过检测大气中子产生的核反应产物中沉积能量大于临界电荷的数量，即核反应产物效应数量，以获取发生单粒子效应的次数。例如，有m(大于0的正整数)个核反应产物沉积在灵敏区的沉积能量大于临界电荷，即有m个核反应产物效应数量。

预测结果获取模块650，用于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，并将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作为待检测电子器件单粒子效应的预测结果。

由于上述辐射实验是基于参考单位时间对待检测电子器件进行大气中子入射单粒子效应检测的，获得上述核反应产物效应数量后，也就是知道在参考单位时间内产生单粒子效应的次数。

具体地，大气中子谱的通量为每1小时通过n(大于0的正整数)个大气中子数量，将该大气中子谱对应的大气中子入射至待检测电子器件进行1小时单粒子效应检测，也就是说将1小时内n个大气中子入射到待检测电气器件进行实验检测，大气中子可能会对待检测电子器件造成单粒子效应，通过大气中子入射至待检测电子器件后产生的核反应产物在灵敏区的沉积能量以及灵敏区的临界电荷，获取核反应产物效应数量，比如，得到m个核反应产物效应数量，则可知待检测电子器件单粒子效应的预测结果为每小时发生了m次单粒子效应，也就是说知道在1小时内待检测电子器件发生单粒子效应的次数，实现待检测电子器件的单粒子效应检测。

安全等级确定模块660，用于根据预测结果，确定待检测电子器件的安全等级。

通过对待检测电子器件的单粒子效应的检测获得预测结果，可用于评价待检测电子器件在其所处环境下的辐射可靠性，也就是说，根据预测结果，可确定待检测电子器件的安全等级，以确保待检测电子器件安全运行。具体地，由于预测结果为每参考单位时间内发生单粒子效应的次数，电子器件发生单粒子效应即是电子器件发生的错误，也就是说，发生的单粒子效应次数越少，电子器件发生的错误越少，也就越安全，从而，用户可根据安全等级决定是否再继续使用电子器件，提高安全。

上述电子器件大气中子单粒子效应预测装置，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，上述电子器件大气中子单粒子效应预测装置，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。

请参阅图7，在其中一个实施例中，模型建立模块包括：

参数获取模721，用于获取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，灵敏区参数包括灵敏区的长度、宽度和厚度以及灵敏区的临界电荷。

三维模型建立模块722，用于根据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待检测电子器件的三维模型。

对于待检测电子器件，依次包括表层金属布线、灵敏区、埋氧层以及衬底层，从而，通过获取表层金属布线参数(包括表层金属布线的厚度等)、灵敏区参数、埋氧层参数(埋氧层的厚度等)以及衬底层参数(衬底层的厚度等)，可以依次建立待检测电子器件的表层金属布线、灵敏区、埋氧层以及衬底层的三维模型，从而建立起待检测电子器件的三维模型。其中，灵敏区参数包括灵敏区的长度、宽度和厚度以及灵敏区的临界电荷。进一步地，待检测电子器件在灵敏区靠近表层金属布线的一侧还设有介质层，例如，二氧化硅层，在进行三维建模时，还需获取介质层参数，即介质层厚度以及介质层材料成分等，根据待检测电子器件的表层金属布线参数、介质层参数、灵敏区参数、埋氧层参数以及衬底层参数建立待检测电子器件的三维模型。在本实施例中，可通过制造工艺或反向分析获得金属布线的厚度以及介质层的厚度、材料成份等。可通过地面重离子加速器辐照实验获灵敏区参数得，埋氧层参数以及衬底层参数可通过制造工艺或反向分析获得。

请参阅图8，在其中一个实施例中，参数获取模块721包括：

密度厚度获取模块801，用于获取灵敏区的材料密度以及待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度，将待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为灵敏区的厚度。

对于半导体电子器件，包括有耗尽区和阱区，例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)反向器是一种半导体电子器件。在本实施例中，待检测电子器件包括耗尽区和阱区，通过获取待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度，将待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为灵敏区的厚度，从而实现灵敏区参数中灵敏区的厚度的获取。

数据对获取模块802，用于获取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。

即预先通过地面重离子加速器辐照实验可得到待检测电子器件的单粒子效应截面与线性能量转移值的数据对，也就是说这些数据对是可通过预先实验得到，然后对其进行获取即可，在进行本实施例中的单粒子效应检测时无需进行实验，提高效率。具体地，将待检测器件暴露在重离子加速器辐照环境下，用于模拟待检测器件被使用的辐射环境，例如，空间飞行器的空间辐射环境。通过将待检测器件暴露在重离子加速器辐照环境下，能够获取待检测器件在辐射环境下的单粒子效应截面与线性能量转移值的数据对。

拟合曲线获取模块803，用于通过韦伯拟合对预设的数据对进行拟合，获得韦伯拟合曲线。

阈值及截面获取模块804，用于根据韦伯拟合曲线，获取线性能量转移阈值以及饱和截面。

长宽度获取模块805，用于根据饱和截面，获取灵敏区的长度和宽度。

临界电荷获取模块806，用于根据线性能量转移阈值、灵敏区的材料密度以及灵敏区的厚度，获取临界电荷。

上述获得的预设的数据对是离散的数据点，通过对这些离散的数据对进行拟合可得到与这些数据对较为接近的拟合曲线。在本实施例中，通过韦伯拟合方法对这些预设的数据对进行拟合。具体拟合过程如下：

首先，设置韦伯拟合曲线的第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数以及第四拟合参数，根据第一拟合参数、第二拟合参数、第三拟合参数以及第四拟合参数，建立初始韦伯拟合曲线。建立初始韦伯拟合曲线的公式具体如下：

σ(LET)＝σ_sat(1-exp{-[(LET-LET_th)/W]^S})。

其中，σ(LET)为初始韦伯拟合曲线的因变量，即单粒子效应截面，σ_sat为第一拟合参数，LET为初始韦伯拟合曲线的自变量，即线性能量转移值，LET_th为第二拟合参数，W为第三拟合参数，S为第四拟合参数。其中，第一拟合参数对应单粒子效应检测过程中待检测电子器件的灵敏区的饱和截面，第二拟合参数对应线性能量转移阈值，也就是说，对初始韦伯拟合曲线中参数进行求解获知第一拟合参数和第二拟合参数后即可知灵敏区的饱和截面和线性能量转移阈值。

在建立初始韦伯拟合曲线后，根据预设的数据对，计算第一拟合参数的值、第二拟合参数的值、第三拟合参数的值以及第四拟合参数的值，即初始韦伯拟合曲线中的四个拟合参数的值均获知。再根据第一拟合参数的值、第二拟合参数的值、第三拟合参数的值以及第四拟合参数的值，获得韦伯拟合曲线。也就是将第一拟合参数的值、第二拟合参数的值、第三拟合参数的值以及第四拟合参数的值代入到初始韦伯拟合曲线中获得韦伯拟合曲线。根据韦伯拟合曲线中的第一拟合参数的值可获知灵敏区的饱和截面，根据第二拟合参数的值即可获知线性能量转移阈值。然后在根据饱和截面，获取灵敏区的长度和宽度，根据线性能量转移阈值、灵敏区的材料密度以及灵敏区的厚度，获取临界电荷。

请参阅图9，在另一个实施例中，参数获取模块721包括：

第一信息获取模块901，用于获取预先设置的至少两个预设厚度以及灵敏区的材料密度，将预先设置的各预设厚度分别作为灵敏区的初始厚度。

数据获取模块902，用于获取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。

韦伯拟合曲线获取模块903，用于通过韦伯拟合对预设的数据对进行拟合，获得韦伯拟合曲线。

第二信息获取模块904，用于根据韦伯拟合曲线，获取线性能量转移阈值以及饱和截面。

第三信息获取模块905，用于根据饱和截面，获取灵敏区的长度和宽度。

初始临界电荷获取模块906，用于根据线性能量转移阈值、灵敏区的材料密度以及每个灵敏区的初始厚度，获取至少两个初始临界电荷。

其中，初始临界电荷的数量与灵敏区的初始厚度的数量相同。也就是说，由于初始临界电荷需要根据灵敏区的初始厚度计算得到，从而获取有多少个初始厚度，对应计算多少个初始临界电荷。

初始三维模型建立模块907，用于根据待检测电子器件的表层金属布线参数、灵敏区的长度和宽度、埋氧层参数、衬底层参数、每个灵敏区的初始厚度以及与灵敏区的初始厚度对应的每个初始临界电荷建立至少两个待检测电子器件的初始三维模型。

其中，待检测电子器件的初始三维模型的数量与灵敏区的初始厚度的数量相同。由于灵敏区的初始厚度的数量有多个，根据灵敏区的多个初始厚度对应可获得多个临界电荷，从而对应建立多个待检测电子器件的初始三维模型。在本实施例中，得到多个待检测电子器件的初始三维模型后，对待检测电子器件的每个初始三维模型进行单粒子效应检测，可得到与预先设置的预设厚度的数量相同个数的初始预测结果，也就是说，对于单个待检测电子器件，建立至少两个初始三维模型，可对应得到至少两个初始预测结果。

初始能量获取模块908，用于根据大气中子谱对应的大气中子分别对每个待检测器件的初始三维模型进行仿真实验，获取大气中子入射至每个待检测电子器件的初始三维模型，在每个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初始核反应产物在灵敏区中的初始沉积能量。

对每个初始三维模型进行大气中子入射实验，单个初始三维模型可对应得到一组初始核反应产物以及初始核反应产物在灵敏区中的初始沉积能量，从而，可得到至少两组初始核反应产物以及两组初始核反应产物分别在灵敏区中的初始沉积能量。

初始核反应产物数量获取模块909，用于根据各沉积能量以及各初始临界电荷，获取每个初始三维初始模型对应的初始核反应产物中初始沉积能量大于对应的初始临界电荷的初始核反应产物数量.

其中，单个初始核反应产物在灵敏区中的初始沉积能量大于初始临界电荷对应一次单粒子效应。

单粒子效应初始次数获取模块910，用于根据参考时间单位以及每个初始三维初始模型对应的初始核反应产物数量，获取每参考单位时间内各初始三维初始模型对应的待检测电子器件发生单粒子效应的初始次数.

初始预测结果获取模块911，用于将每参考单位时间内待检测电子器件发生单粒子效应的各初始次数分别对应作为待检测电子器件单粒子效应的初始预测结果，获得至少两个初始预测结果。

其中，初始预测结果的数量与预设厚度的数量相同。

预设结果获取模块912，用于获取预设结果。

厚度确定模块913，用于将待检测电子器件单粒子效应的各初始预测结果分别与预设结果进行比较，将各初始预测结果中与预设结果误差最小的初始预测结果对应的预设厚度作为灵敏区的厚度。

预设结果是预先通过实测实验进行单粒子效应检测得到的，也就是说预设结果是通过实测试验已获得的结果。由于得到的各初始预测结果的准确度不尽相同，需要在这些初始预测结果中选择最佳初始预测结果对应的初始厚度作为灵敏区的厚度，也就是说，在本实施例中，是通过预先设置一系列的预设厚度作为灵敏区的初始厚度，然后再根据灵敏区的初始厚度对应的每个初始预测结果以及预设结果来确定哪个初始预测结果是最佳的，选择最佳的初始预测结果果对应的初始厚度作为灵敏区的厚度。由于选择的最佳的初始预测结果是与预设结果误差最小的，根据该初始预测结果可准确地确定灵敏区的厚度，提高后续单粒子效应预测准确性。

在其中一个实施例中，灵敏区的长度和宽度均为饱和截面的平方根。

获取参数获取模块获取临界电荷的公式具体为：

其中，Q_c为临界电荷，LET_th为线性能量转移阈值，ρ_Si为灵敏区的材料密度，z为灵敏区的厚度。

也就是说，将待检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度作为灵敏区的厚度时，此处的z即为检测电子器件的耗尽区的厚度或阱区的深度。又或者，是通过在预先设置的至少两个厚度中的任意一个厚度，根据每个厚度进行临界电荷的计算，可得到至少两个临界电荷，临界电荷的数量与厚度的数量相同。另外，获取初始临界电荷的公式与上述获取临界电荷的公式类似，不同点在于获取初始临界电荷时将上述公式中等式右边的灵敏区的厚度z替换为灵敏区的初始厚度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。