浅谈重离子核反应对单粒子翻转的影响
前言：
单粒子干扰 (SEU) 是空间应用的一个重要问题，在空间应用中，高能粒子可能会导致电子电路出现毛刺或故障。
重离子核反应是这些高能粒子的主要来源之一，因此，了解它们对 SEU 的影响对于空间电子设备的可靠性至关重要。
单事件干扰的机制
单粒子翻转是由高能粒子（例如质子或离子）与电子设备的半导体材料碰撞引起的。
这些碰撞会在半导体材料中产生自由电子和空穴，导致器件电气状态发生暂时或永久变化。
这些变化的持续时间可以从几纳秒到几秒不等，具体取决于影响的严重程度。
SEU 可分为两类：软错误和硬错误。软错误是暂时的，不会对电子设备造成永久性损坏，而硬错误是永久性的，可能导致设备完全失效。
软错误可能由多种来源引起，例如宇宙射线、α 粒子和高能中子。然而，重离子核反应是硬错误的最重要来源，它可能对空间电子设备造成严重后果。
重离子核反应对单粒子翻转的影响
重离子核反应可以产生范围广泛的高能粒子，包括质子、中子和α粒子。这些粒子会在太空中与电子设备发生碰撞，导致 SEU，从而对设备造成暂时或永久损坏。
重离子核反应对 SEU 的影响可能因多种因素而异，包括粒子的能量、设备的材料和结构以及粒子的入射角。
重离子核反应引起SEUs的机制与其他类型SEUs相似。当重离子与电子设备碰撞时，它会在半导体材料中产生自由电子和空穴。
这些自由载流子可以迁移到设备的不同部分，从而导致设备的电气状态发生变化。
在某些情况下，这些变化可能是暂时的，一旦碰撞的影响消失，设备就会恢复到原来的状态。
但是，在其他情况下，更改可能是永久性的，从而导致可能导致设备完全故障的硬错误。
重离子核反应对 SEU 最重要的影响之一是二次粒子的产生。当重离子与物质碰撞时，会产生二次粒子，例如中子、质子和α粒子。
这些二次粒子可以通过与电子设备的其他部分碰撞，产生更多的自由电子和空穴，从而导致额外的 SEU。
此过程可能导致级联效应，其中一次碰撞可能导致多个 SEU，从而显着增加设备的故障率。
重离子核反应对 SEU 的另一个重要影响是粒子的入射角。当粒子以斜角碰撞电子设备时，会产生更多的二次粒子，从而对设备造成更大的影响。
这种效应被称为角度相关的翻转率 (ADUR)，对于粒子可能来自任何方向的空间应用来说可能是一个重要的问题。
重离子核反应也会在不同类型的电子设备中引起 SEU，包括存储设备、数字电路和电力电子设备。
诸如随机存取存储器 (RAM) 之类的存储设备特别容易受到 SEU 的影响，因为它们存储的数据可能会被单个事件破坏。
微处理器等数字电路也容易受到 SEU 的影响，因为它们包含大量可能受单个事件影响的晶体管。
稳压器和电源等电力电子设备也可能受到 SEU 的影响，因为它们控制着电子系统中的电压和电流。
SEU 对电力电子设备的影响可能会对电子系统造成重大损坏，从而导致整个系统故障。
单事件干扰的缓解技术
为了减轻 SEU 对电子设备的影响，已经开发了多种技术来降低单个事件发生的可能性或增加设备从单个事件中恢复的能力。这些技术可以分为两类：硬件技术和软件技术。
抗辐射材料：抗辐射材料是经过特殊处理以抵抗辐射影响的材料。这些材料通常用于辐射水平高的太空应用。
屏蔽：屏蔽涉及使用物理屏障来保护电子设备免受辐射。屏蔽层可由铅或钨等材料制成，可有效减少辐射对电子设备的影响。
冗余：冗余涉及使用多个组件或子系统来提供单个事件的备份功能。冗余可用于存储设备或数字电路，以确保在发生单个事件时不会丢失数据。
纠错码：纠错码涉及使用专门的算法来检测和纠正数据中的错误。可以在存储设备中使用纠错码来检测和纠正由 SEU 引起的错误。
笔者观点
重离子核反应会对电子设备中的单粒子干扰产生重大影响。重离子核反应的影响可能因多种因素而异，包括粒子的能量、设备的材料和结构以及粒子的入射角。
为了减轻 SEU 的影响，已经开发了多种技术，包括硬件技术和软件技术。这些技术可用于降低单个事件发生的可能性或提高设备从单个事件中恢复的能力。
随着空间探索和卫星技术的不断发展，继续研究和开发 SEU 缓解技术以确保空间电子设备的可靠性至关重要。
参考文献
【1】《存储设备中重离子引起的单粒子翻转》。
【2】《电力电子中的单事件效应：概述》。
【3】《重离子核反应对基于 SRAM 的 FPGA 配置存储器的影响》。
【4】《Virtex-II Pro FPGA 的单事件翻转特性》。
