半经验计算指南详解

在单粒子翻转率计算方面，人们通过对大量试验结果的分析，总结了一些半经验的计算方法，如品质因子（FOM）方法和皮特森经验公式等。FOM计算方法是Petersen等人依据简化的LET谱和RPP结构模型，在1983年提出的经验计算方法，用来描述器件局部敏感性以及计算与地球相对位置不变的轨道的器件SEU率，并在1995年将FOM方法应用扩展到了计算与地球相对位置变化的轨道。后来，这种计算方法被应用于质子和重离子的单粒子翻转率计算方面，因为它仅使用一个参数，而不是像其他模型，需要分别使用多个参数才能计算得出器件的空间SEU率，因而，在工程设计方面得到了应用。

Petersen等人通过对大量试验数据分析处理，给出的计算单粒子翻转率的半经验计算公式（FOM方法）如下：

下面给出一个具体计算的例子。静态随机存取存储器HM628128（1 Mbit）的重离子单粒子翻转LET阈值为6.0 MeV·cm2/mg，饱和截面25%处的LET值为8.5 MeV·cm2/mg左右，重离子单粒子翻转的位饱和截面为1.25×10-7 cm2/bit，那么可以计算出器件的品质因子为1.73×10-9，因而，在同步轨道Admas 90%最坏情况下，计算出的翻转率为8.65×l0-7 cm2/bit，在同步轨道太阳最小年情况下，计算出的翻转率为3.46×l0-7 cm2/bit。

在Petersen等人提出并将FOM方法扩展应用范围后，许多研究工作者对FOM方法进行了分析和验算，给出了许多器件在不同轨道上的计算结果。认为在大多数情况下，通过FOM方法计算得到的单粒子翻转率与其他方法（如CRÈME96和SPACE RADIATION软件）的计算结果符合很好；对于低能质子在质子能谱中占很大比例的轨道（低地球轨道）和抗单粒子翻转能力很强的器件，符合稍差；对于一些复杂器件，像FPGA，根据质子数据计算的品质因子（F参数）比根据重离子数据计算的品质因子（F参数）小一个量级。

在单粒子翻转率的预估计算中，或者进行器件单元加固设计时，如果能够知道器件的某些几何尺寸和发生单粒子翻转所需要的临界电荷Qcrit大小，那么可以采用皮特森经验公式，来计算器件的空间单粒子翻转率的大小，给出器件空间单粒子翻转的敏感性预估。(www.xing528.com)

皮特森经验公式的表达式为：

式中，R为单粒子翻转率（错误数/（位·天））；a、b为器件芯片横截面大小（μm2）；c为电荷收集长度（μm）；Qcrit的单位为pC。如第3章所述，对于传统电子器件和集成电路来说，临界电荷大小表达式为：Qcrit=0.023 L2，其中L为器件特征尺寸。