从辐射与物质相互作用的一般情况来看，辐射粒子种类可以分为三类，第一类是光子，主要包括紫外线、X射线、γ射线及各种不同波长的激光等；第二类是带电粒子，主要包括电子、质子和重离子；第三类是中性粒子，如中子。从基本粒子组成来看，虽说有大量的、奇特的其他粒子存在，如正电子（positrons）、υ介子（muons）及介子（mesons）等，但在电子器件和集成电路单粒子效应分析及电子系统与设备抗辐射防护设计中，主要考虑上述的重离子、质子及脉冲激光三种辐射粒子与航天器材料及电子器件的相互作用。
空间高能重离子和质子为什么会诱发单粒子效应而造成电子器件或集成电路产生状态变化或损坏呢？基本缘由之一是空间重离子和质子与半导体材料（如硅）相互作用而导致后续产生电离过程，电离过程主要包括电子-空穴对的产生及其漂移和扩散运动所产生的电流。
带电粒子与半导体材料相互作用的方式主要有库仑相互作用（卢瑟福散射）和核相互作用两种方式。在库仑相互作用过程中，带电粒子主要和靶原子电场相互作用导致靶原子电子的激发和电离，或转移足够的能量而引起靶材料晶格结构原子发生位移。例如，对电子而言，其引起原子发生位移所需的最小能量为150 keV，但对质子而言，最小能量仅为100 eV；在核相互作用中，入射的碰撞粒子与靶原子核相互作用，导致弹性与非弹性散射及嬗变，例如，靶原子核吸收一个质子后会发射出一个 α 粒子，这个过程被称为裂变。
在单粒子效应地面模拟试验中，有时也采用一定波长的脉冲激光在集成电路中诱发单粒子现象。从辐射传输角度来说，光子在真空中的传播速度约为每秒30万千米，其电荷数和静止质量均为零，其与半导体材料相互作用的主要过程包括光电效应现象、康普顿散射及产生电子-空穴对，这些相互作用过程均产生了自由电子。一般来说，在光电子发射过程中，光子会被外电子层（L壳层）电子完全吸收，导致外电子层电子被发射；也可能发生这样一种现象，即光子的能量足够高时，以至于使靶原子内电子层（K壳层）电子被发射，当L壳层电子降落填补了K壳层电子空位后，可能会发射X射线或从L壳层发射低能俄歇电子（与靶材料的原子序数有关）。其次是康普顿散射过程，当入射光子的能量远大于靶材料原子-电子间的束缚能时，入射光子不会被靶材料原子完全吸收，这时候光子的一部分能量用来散射原子的电子（被称为康普顿电子），而余下来的部分能量则为散射的低能光子。当光子能量大于或等于1.02 MeV时，将会产生电子对；这时候，光子能量将完全被高Z值材料所吸收，从而形成电子-正电子对。图2-1给出了三个相互作用过程与光子能量、材料Z值的相关性分布范围示意图。从图中可以看出，就硅材料而言，当光子能量小于50 keV时，此时以光电效应为主，而当光子能量大于20 MeV时，则开始产生电子-正电子对。(www.xing528.com)
图2-1 光子与材料相互作用示意图
（图中实线为等值线，虚线为光子与硅材料的相互作用）
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