淺談重離子核反應對單粒子翻轉的影響
前言：
單粒子幹擾 (SEU) 是空間應用的一個重要問題，在空間應用中，高能粒子可能會導緻電子電路出現毛刺或故障。
重離子核反應是這些高能粒子的主要來源之一，是以，了解它們對 SEU 的影響對于空間電子裝置的可靠性至關重要。
單事件幹擾的機制
單粒子翻轉是由高能粒子（例如質子或離子）與電子裝置的半導體材料碰撞引起的。
這些碰撞會在半導體材料中産生自由電子和空穴，導緻器件電氣狀态發生暫時或永久變化。
這些變化的持續時間可以從幾納秒到幾秒不等，具體取決于影響的嚴重程度。
SEU 可分為兩類：軟錯誤和硬錯誤。軟錯誤是暫時的，不會對電子裝置造成永久性損壞，而硬錯誤是永久性的，可能導緻裝置完全失效。
軟錯誤可能由多種來源引起，例如宇宙射線、α 粒子和高能中子。然而，重離子核反應是硬錯誤的最重要來源，它可能對空間電子裝置造成嚴重後果。
重離子核反應對單粒子翻轉的影響
重離子核反應可以産生範圍廣泛的高能粒子，包括質子、中子和α粒子。這些粒子會在太空中與電子裝置發生碰撞，導緻 SEU，進而對裝置造成暫時或永久損壞。
重離子核反應對 SEU 的影響可能因多種因素而異，包括粒子的能量、裝置的材料和結構以及粒子的入射角。
重離子核反應引起SEUs的機制與其他類型SEUs相似。當重離子與電子裝置碰撞時，它會在半導體材料中産生自由電子和空穴。
這些自由載流子可以遷移到裝置的不同部分，進而導緻裝置的電氣狀态發生變化。
在某些情況下，這些變化可能是暫時的，一旦碰撞的影響消失，裝置就會恢複到原來的狀态。
但是，在其他情況下，更改可能是永久性的，進而導緻可能導緻裝置完全故障的硬錯誤。
重離子核反應對 SEU 最重要的影響之一是二次粒子的産生。當重離子與物質碰撞時，會産生二次粒子，例如中子、質子和α粒子。
這些二次粒子可以通過與電子裝置的其他部分碰撞，産生更多的自由電子和空穴，進而導緻額外的 SEU。
此過程可能導緻級聯效應，其中一次碰撞可能導緻多個 SEU，進而顯着增加裝置的故障率。
重離子核反應對 SEU 的另一個重要影響是粒子的入射角。當粒子以斜角碰撞電子裝置時，會産生更多的二次粒子，進而對裝置造成更大的影響。
這種效應被稱為角度相關的翻轉率 (ADUR)，對于粒子可能來自任何方向的空間應用來說可能是一個重要的問題。
重離子核反應也會在不同類型的電子裝置中引起 SEU，包括儲存設備、數字電路和電力電子裝置。
諸如随機存取存儲器 (RAM) 之類的儲存設備特别容易受到 SEU 的影響，因為它們存儲的資料可能會被單個事件破壞。
微處理器等數字電路也容易受到 SEU 的影響，因為它們包含大量可能受單個事件影響的半導體。
穩壓器和電源等電力電子裝置也可能受到 SEU 的影響，因為它們控制着電子系統中的電壓和電流。
SEU 對電力電子裝置的影響可能會對電子系統造成重大損壞，進而導緻整個系統故障。
單事件幹擾的緩解技術
為了減輕 SEU 對電子裝置的影響，已經開發了多種技術來降低單個事件發生的可能性或增加裝置從單個事件中恢複的能力。這些技術可以分為兩類：硬體技術和軟體技術。
抗輻射材料：抗輻射材料是經過特殊處理以抵抗輻射影響的材料。這些材料通常用于輻射水準高的太空應用。
屏蔽：屏蔽涉及使用實體屏障來保護電子裝置免受輻射。屏蔽層可由鉛或鎢等材料制成，可有效減少輻射對電子裝置的影響。
備援：備援涉及使用多個元件或子系統來提供單個事件的備份功能。備援可用于儲存設備或數字電路，以確定在發生單個事件時不會丢失資料。
糾錯碼：糾錯碼涉及使用專門的算法來檢測和糾正資料中的錯誤。可以在儲存設備中使用糾錯碼來檢測和糾正由 SEU 引起的錯誤。
筆者觀點
重離子核反應會對電子裝置中的單粒子幹擾産生重大影響。重離子核反應的影響可能因多種因素而異，包括粒子的能量、裝置的材料和結構以及粒子的入射角。
為了減輕 SEU 的影響，已經開發了多種技術，包括硬體技術和軟體技術。這些技術可用于降低單個事件發生的可能性或提高裝置從單個事件中恢複的能力。
随着空間探索和衛星技術的不斷發展，繼續研究和開發 SEU 緩解技術以確定空間電子裝置的可靠性至關重要。
參考文獻
【1】《儲存設備中重離子引起的單粒子翻轉》。
【2】《電力電子中的單事件效應：概述》。
【3】《重離子核反應對基于 SRAM 的 FPGA 配置存儲器的影響》。
【4】《Virtex-II Pro FPGA 的單事件翻轉特性》。
