CN103729503A - 一种基于复合敏感体积模型的器件在轨单粒子翻转率预示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于复合敏感体积模型的器件在轨翻转率预计方法。该方法利用粒子输运仿真手段，获取实际飞行轨道上器件经受的电荷沉积情况；结合器件逻辑单元的单粒子效应仿真模拟手段，获取器件逻辑单元的敏感参数，建立复合敏感体积模型，描述入射粒子沉积电荷被收集情况；在获得逻辑单元样本粒子翻转情况后，采用加权统计方法，最终获得器件在轨翻转率预计结果。提高了宇航用元器件，尤其是高集成度、小特征尺寸的深亚微米器件的在轨翻转率预计准确性。

Description

一种基于复合敏感体积模型的器件在轨单粒子翻转率预示方法

技术领域

本发明涉及一种基于复合敏感体积模型的器件在轨单粒子翻转率预计方法，属于宇航用元器件抗辐射技术领域。

背景技术

存在于航天器运行空间的单个高能粒子与星载电子元器件发生相互作用，可能导致元器件产生单粒子效应，是诱发航天器故障的重要因素之一。地面粒子加速器无法产生与航天器运行轨道相同的带电粒子辐射环境。在轨翻转率预计方法，结合元器件地面模拟辐照试验数据和实际在轨经受辐射环境，实现对器件实际在轨发生单粒子翻转情况的预计，为星载电子器件的抗单粒子能力评估和加固工作提供重要依据。

目前的在轨翻转率预计方法基本建立在带电粒子入射产生的电子空穴对在器件的灵敏区内积累并被收集的电荷大于等于阈电荷（临界电荷）时发生翻转的理论基础上，对粒子入射到器件中后的电荷收集区域进行建模，称为敏感区（sensitive volume, SV），利用建立的敏感体积模型描述入射粒子引起的电荷沉积和收集，在此基础上通过与器件临界翻转电荷Qcrit的比较来判断是否发生翻转。

国外建立的在轨预计软件，如CRÈME-MC、SPENVIS、Space Radiation等，均采用了基于RPP(Rectangular Parallelepiped，长方体)模型和基于IRPP(Integral Rectangular Parallelepiped)模型的在轨翻转率预计方法。其预计原理是，假设器件存储单元的敏感区为单一、有界的长方体，假设在该区域内入射粒子的电荷沉积以入射LET（Linear Energy Transfer，线性能量转移）表征，沉积电荷均可被有源区收集，其中敏感区尺寸参数在工程上可根据地面模拟试验数据获得。两种预计方法的区别在于，RPP模型假设器件具有单一的临界翻转电荷，IRPP模型假设器件不同存储单元间具有不同的临界翻转电荷。

随着宇航用元器件集成度提高，特征尺寸减小，现有预计方法主要存在以下问题：

（1）现有预计方法关于存在单一敏感体积（敏感体积尺寸由地面模拟辐照试验对应高LET粒子的试验数据确定）且沉积电荷全部被收集的简化假设，导致在低LET粒子对翻转贡献上做出过高估计。空间带电粒子的LET能谱在低LET范围的通量较高，这一点对LET翻转阈值较小的深亚微米器件会造成更大的预计误差。

（2）现有预计方法仅以LET表征入射粒子的电离作用，未考虑离子径迹载流子的空间分布。对高集成度的小特征尺寸器件，忽略粒子入射后产生的载流子空间分布对翻转的影响会造成更大的预计误差。

（3）现有预计方法的分析对象为一个逻辑单元，对高集成度器件存在敏感体积超过单元范围、相邻单元敏感体积发生重叠的情况，忽略了多电路节点电荷共享导致相邻单元同时发生翻转的情况。

由于器件单粒子效应的计算机数值模拟工具能够详细的反映器件工艺参数和结构对电荷收集的影响，需要结合器件单粒子效应仿真模拟手段，建立一种更为客观、准确的在轨翻转率预计方法，支持深亚微米器件的宇航应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在入射粒子电荷沉积和器件敏感体积建模等方面更加客观细化的在轨单粒子翻转率预示方法，提高宇航用元器件，尤其是高集成度、小特征尺寸的深亚微米器件的在轨翻转率预计准确性。

本发明的技术解决方案是：利用粒子输运仿真手段，获取实际飞行轨道上器件经受的电荷沉积情况；结合器件逻辑单元的单粒子效应仿真模拟手段，获取器件逻辑单元的敏感参数，建立复合敏感体积模型，描述入射粒子沉积电荷被收集情况；在获得逻辑单元样本粒子翻转情况后，采用加权统计方法，最终获得器件在轨翻转率预计结果。

基于复合敏感体积模型的器件在轨翻转率预计的基本步骤是：

（1）提取器件单元电路结构，建立器件单元电路级物理模型，根据器件单元电路的单粒子翻转模拟仿真结果，针对各个敏感节点，提取敏感体积参数，包括对应不同敏感节点的临界翻转电荷Qcrit，各个敏感体积尺寸、相对位置及其敏感系数，建立器件单元的敏感体积模型。

（2）根据器件应用情况（飞行轨道、飞行周期、屏蔽情况等），计算器件在轨经受的粒子通量，抽取一个较大的随机粒子样本，利用Geant4软件仿真其中每个粒子入射器件的轨迹和电荷沉积情况；

（3）利用步骤（1）建立的敏感体积模型，统计粒子样本中每个粒子在敏感体积内被收集的电荷，判断该入射粒子是否引起了翻转，对粒子样本中各个粒子引起翻转的情况进行加权平均，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

步骤（1）中，复合敏感体积模型在位单元中对应各个敏感节点分别建立一组大小不同的敏感体积，互相嵌套。

假设以N个敏感体积嵌套，其中，αi为对应第i个敏感体积的敏感参数，Qdep,i为入射粒子在第i个敏感体积内沉积的电荷量。每个敏感体积具有不同敏感系数α，每个敏感体积中收集电荷Qcoll的计算见下式。不同电路敏感节点的临界翻转电荷Qcrit可以不同，任何一个敏感电路节点对应的敏感体积组内收集的电荷超过了对应临界翻转电荷Qcrit即判断单元发生翻转。

进一步，复合敏感体积模型的模型参数为：对应不同敏感节点的临界翻转电荷Qcrit、各个敏感体积尺寸、相对位置及其敏感系数。

步骤（2）中，抽取一个较大的随机粒子样本的方法为：进行重点采样，增加能量较高、较重的粒子所占的比例，并赋予这些粒子较低的权重作为补偿，使得样本在统计上保持无偏。抽样原理如下：

（a）假设每个粒子可以用一组参数θ表征，θ包括粒子的种类Z、能量E等。该粒子引起翻转的概率记作pF (θ)。

（b） 假设元件封装外部，粒子分布的微分密度函数为f (θ) 。

（c）假设可以快速评估粒子θ引起翻转的概率，并给出一个保守的估计值g(θ)大于等于 pF (θ)。

在上述条件下，本方案利用Metropolis法抽取N个服从分布f (θ)⋅g(θ)的粒子。其中，第i个粒子的权重w= 1/g (θi) 。

步骤（3）中，包括两个步骤来获得结果：

判断样本粒子导致器件逻辑单元发生翻转的情况；和

粒子样本翻转结果加权平均，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

其中，考虑抽取的样本中有N个粒子，第i个粒子的权重为Wⁱ ，样本（尺寸为N）中的每个粒子，翻转率的贡献为R^F (θ) 。对粒子样本中各个粒子引起翻转的情况进行加权平均，根据下式计算总的翻转概率的估计值，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

有益效果：

本发明提出了一种基于多重嵌套敏感体积模型的器件在轨单粒子翻转率预计方法，通过该方法获得的器件在轨单粒子翻转率计算结果较现有预计方法，与飞行数据更为接近，提高了深亚微米器件在轨单粒子翻转率预计准确性。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）通过多个不同尺寸长方体嵌套来对敏感体积建模，设置各层敏感系数，体现了不同位置沉积电荷收集情况的不同。修正了RPP模型对低LET粒子对发生翻转做出的贡献的过高估计 。

（2）对一个入射粒子，计算其对入射位置相邻9个位单元的翻转应。单粒子翻转率计算结果包含了多电路节点电荷共享造成的多位翻转现象。

（3）采用粒子输运模拟软件（Geant4）计算入射粒子在器件中的电荷沉积，考虑了相同LET值的不同种类、不同能量的离子径迹载流子空间分布不同对翻转的影响。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

图2为器件逻辑单元的单粒子效应模拟仿真结果。

图3 复合灵敏体积模型中假设的敏感体积嵌套结构。

图4 复合敏感体积模型的三维立体示意图。

图5相邻位单元及位单元敏感区示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的器件在轨翻转率预计方法，主要包括：结合器件逻辑单元的单粒子效应仿真模拟手段，获取器件逻辑单元的敏感参数，建立复合敏感体积模型；利用粒子输运仿真手段，获取实际飞行轨道上器件经受的电荷沉积情况；基于建立的复合敏感体积模型，描述入射粒子沉积电荷被收集情况，在获得逻辑单元样本粒子翻转情况后，采用加权统计方法，最终获得器件在轨翻转率预计结果。

实施例1

本发明针对300万门FPGA的基于复合敏感体积模型的在轨翻转率预计的实现步骤如下：

1、获取器件逻辑单元单粒子敏感参数，建立复合敏感体积模型

（1）获得器件逻辑单元的单粒子效应模拟仿真结果

（a）建立器件单元电路三维物理模型

根据待仿真器件的设计和工艺参数，通过电子器件三维建模工具对所述待仿真器件进行三维建模，得到该待仿真器件的三维模型；工艺和设计详细参可由从工艺厂商和设计单位直接获取；难以直接获取的，可根据器件解剖照片结合工艺反向建模校准的方法获取，三维建模具体过程如下：

根据器件横剖面解剖照片，提取器件逻辑单元的电路结构，提取P阱、n阱、有源区、栅源漏极及管间金属互联的相对位置及尺寸参数，绘制GDSII掩膜版图，形成器件逻辑单元的二维物理模型；为考虑敏感体积范围超过单元范围的情况，GDSII掩膜版图的绘制工具为klayout软件。

根据器件纵剖面解剖照片，提取各层金属和绝缘体的厚度等工艺参数。器件的掺杂信息，需要通过工艺反向建模获取。在GDSII掩膜版图的二维物理模型基础上，对以下工艺参数和材料进行设置，得到所述待仿真器件的三维模型：设置衬底厚度、设置多晶硅栅厚度、设置栅氧厚度、设置P阱接触、设置栅长、设置栅宽、设置有源区位置、建立P阱接触区域、设置STI隔离、生成衬底、生成接触、衬底掺杂、多晶硅栅掺杂、P阱接触掺杂、深P阱掺杂和P阱掺杂；对所述待仿真器件的各个组成部分，选择相应的工艺材料，使得仿真时设定的工艺材料和该组成部分的真实工艺材料相同。

划分网格结构，生成网格化的器件结构，网格结构与器件的结构匹配，在沟道、轻掺杂区以及PN结边界对网格进行细化，用来模拟器件对高能入射粒子能量沉积的响应。

三维物理建模和网格划分工具为GDS2mesh软件；

根据所述待仿真器件的I-V特性曲线，对所述待仿真器件的工艺和设计参数进行校准：以Id-Vds特性曲线对构造的待仿真器件三维模型进行校准，通过多次迭代地调整LDD、Halo、阈值电压和注入掺杂参数，获得校准后的器件三维模型。

（b）器件逻辑单元的单粒子效应模拟仿真，获得不同LET值粒子入射的引起翻转的位置分布

定义粒子种类、能量、入射角度（本例模拟垂直入射情况）及入射位置，利用粒子输运仿真软件，获得粒子径迹、碰撞电离及能量沉积（电荷产生）等信息。粒子输运仿真软件：Geant 4 。

VisualTCAD软件读入三维器件模型文件，结合入射粒子形成的电荷沉积情况，对电荷收集过程及电极电压、电流随时间变化情况进行模拟仿真，判断单粒子翻转是否发生。

本例设定的粒子种类、能量及对应的LET值如表1所示

表1 仿真粒子种类、能量及LET值

以160MeV的Ti粒子（LET值为22.2MeV·cm2/mg）为例，获得的能够引起该逻辑单元翻转的入射位置分布图如图2。

（2）根据（1）获得的器件单元的单粒子翻转模拟仿真结果，针对各个敏感节点，提取敏感体积参数，建立器件单元的复合敏感体积模型。

复合敏感体积模型在位单元中对应各个敏感节点分别建立一组大小不同的敏感体积，互相嵌套，以4个敏感体积嵌套为例，见图3。其中，αi为对应第i个敏感体积的敏感参数，Qdep,i为入射粒子在第i个敏感体积内沉积的电荷量。每个敏感体积具有不同敏感系数α，每个敏感体积中收集电荷Qcoll的计算见式1。不同电路敏感节点的临界翻转电荷Qcrit可以不同，任何一个敏感电路节点对应的敏感体积组内收集的电荷超过了对应临界翻转电荷Qcrit即判断单元发生翻转。

式1

复合敏感体积模型的模型参数为：对应不同敏感节点的临界翻转电荷Qcrit、各个敏感体积尺寸、相对位置及其敏感系数。

（a）首先采用器件逻辑单元的单粒子效应仿真结果，综合确定各敏感参数的预设值，根据模型参数预设值初步建立该单元的复合敏感体积；模型参数预设值的具体提取方法如下：

敏感体积横向尺寸及位置初始值

分析不同LET值粒子垂直入射能够引起翻转的粒子入射范围，考虑工程性，对引起翻转位置范围相近的LET范围进行合并，确定不同敏感节点的复合敏感体积模型嵌套层数，初步提取各层敏感体积横截面位置及长宽。

本例中，以160MeV的Ti粒子（LET值为22.2MeV·cm2/mg）为例，图2中的黑色方框标示了不同LET值粒子垂直入射能够引起翻转的粒子入射范围。

在CMOS SRAM结构中，一般为两个反相器中的截止管管漏区反偏PN 结是敏感节点，分别称为敏感节点N、P，对应的敏感体积嵌套结构分别称为SVN和SVP。对各个敏感节点建立敏感体积嵌套结构，分别建立敏感体积模型。

分析不同LET值粒子垂直入射在NMOS截止管敏感节点引起翻转的粒子入射范围，粒子LET值为1.7MeV.cm2/mg、4.99 MeV.cm2/mg时引起翻转的粒子入射范围较小，粒子LET值为8.91MeV.cm2/mg、13.1 MeV.cm2/mg、22.2 MeV.cm2/mg时引起翻转的粒子入射范围变化不大，粒子LET值为37.3MeV.cm2/mg时引起翻转的粒子入射范围有较明显增大，因此考虑根据这三个LET范围建立三层嵌套RPP敏感体积模型。

分析不同LET值粒子垂直入射在PMOS截止管敏感节点引起翻转的粒子入射范围，粒子LET值为13.1MeV.cm2/mg、22.2 MeV.cm2/mg、37.3 MeV.cm2/mg时发生翻转现象，且发生翻转的粒子入射范围变化不大，考虑建立一层嵌套RPP敏感体积模型。

敏感体积厚度

采用RPP传统预计模型的经验取值方法，预设各层敏感体积的厚度H为1um。

临界翻转能量Ecrit初始值

仿真LET值较小的粒子轰击位单元的瞬态情况，并寻找能使SRAM发生翻转的事件。考虑最小LET值粒子入射在电荷收集的最灵敏区域发生翻转，即沉积电荷均被收集，根据最小能引起翻转的LET值与敏感体厚度H，对临界翻转能量Ecrit初步预估。

Ecrit=LETth×ρ（Si）×H

其中，硅密度为2.34g/cm3，敏感体厚度H取1um。

对NMOS截止管敏感节点，根据仿真结果，粒子LET值为1.7MeV.cm2/mg时开始发现翻转现象。

Ecrit（NMOS）=1.7MeV.cm2/mg*1E-04cm*2.34E03mg/cm3=0.40 MeV

对PMOS截止管敏感节点，粒子LET值为13.1MeV.cm2/mg时开始发生翻转现象。

Ecrit（PMOS）=13.1MeV.cm2/mg*1E-04cm*2.34E03mg/cm3=3.06 MeV

各层敏感体积对应的敏感系数

对NMOS截止管敏感节点，考虑最内层敏感体积的沉积电荷能被全部收集，即电荷收集效率为1，即α1+α2+α3=1；假设LET值为37.3MeV.cm2/mg的粒子入射最外层的收集电荷恰好能引起翻转，37.3*α3=22.2α2，LET值为15.5MeV.cm2/mg（取LET在（8.91，22.2）MeV.cm2/mg区间的中值）的粒子入射第二层敏感体积的收集电荷恰好能引起翻转；LET值为4.45MeV.cm2/mg（取LET在（0，8.91）MeV.cm2/mg区间的中值）的粒子入射第内层敏感体积的收集电荷恰好能引起翻转；由于敏感体积厚度和临界翻转能量Ecrit相同，即：

37.3*α3=15.5（α2+α3）=4.45（α1+α2+α3）

计算得三个敏感体积对应的敏感系数分别为α1=0.60，α2=0.28，α3=0.12

对PMOS截止管敏感节点，因经分析建立一层敏感体积，其对应的敏感系数设为1，表示在该敏感体积内沉积的电荷的收集效率为1，即沉积电荷均被收集。由此，对各个敏感体积的尺寸、敏感系数及临界翻转能量的模型参数预估值见表2。

表2 多重嵌套敏感体模型参数初设值

（b）模拟1（1）（b）中设定的不同LET粒子入射的情况，计算在敏感体积内收集的电荷，与确定的临界电荷比较，判断是否发生翻转， 以获得基于此敏感体积模型的不同LET粒子入射的翻转截面数据；调整模型敏感参数，直至其与VisualTCAD单元电路单粒子翻转模拟仿真得到的翻转截面数据较好吻合时，模型敏感参数提取完成。表3将最终确定的敏感体积参数列出。

表3 BlockSRAM单元多重嵌套RPP敏感体积参数提取结果

注：表中翻转范围的坐标数据是在以电路单元版图左下角点为原点，长边对应Y轴，短边对用X轴的坐标系中标注。

2、仿真模拟实际飞行轨道上器件经受的电荷沉积情况，过程如下：

（1）计算实际飞行轨道上器件经受的带电粒子通量能谱

根据器件应用情况（飞行轨道、飞行周期、屏蔽情况等），计算器件经受的粒子通量。由于在轨飞行期间未经历太阳粒子事件，运行轨道的空间带电粒子来源仅考虑银河宇宙射线和地磁捕获质子。银河宇宙射线计算采用CREME86中的GCR模型（天气参数M=1，飞行年份Y=2012）。飞行轨道平均地磁捕获质子通量能谱计算采用AP8模型。

（2）抽取一个较大的随机粒子样本。

进行重点采样，增加能量较高、较重的粒子所占的比例，并赋予这些粒子较低的权重作为补偿，使得样本在统计上保持无偏。抽样原理如下：

（a）假设每个粒子可以用一组参数θ表征，θ包括粒子的种类Z、能量E等。该粒子引起翻转的概率记作pF (θ)。

（b） 假设元件封装外部，粒子分布的微分密度函数为f (θ) 。

（c）假设可以快速评估粒子θ引起翻转的概率，并给出一个保守的估计值g(θ)大于等于 pF (θ)。

在上述条件下，本方案利用Metropolis法抽取N个服从分布f (θ)⋅g(θ)的粒子。其中，第i个粒子的权重wi= 1/g (θi) 。

（3）利用Geant4粒子输运仿真软件模拟每个样本粒子入射器件的电荷沉积情况

3、在轨翻转率计算

利用建立的敏感体积模型，统计粒子样本中每个粒子在敏感体积内被收集的电荷，判断该入射粒子是否引起了翻转，对粒子样本中各个粒子引起翻转的情况进行加权平均，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。包括：

（1）判断样本粒子导致器件逻辑单元发生翻转的情况

考虑到敏感体积有可能超过单元的范围，即粒子入射引起相邻两个位单元同时翻转的情况，同时计算一个入射粒子引起的在相邻9个位单元及其敏感体积中的收集情况。对阵列很大，并且所有的单元都是完全相同的情况，可以根据阵列中单元的周期，将粒子Θ平移到的入射粒子落在(0,0)单元内，计算翻转率。

位单元（i，j）的敏感节点N、P对应的等效收集电荷Qcoll,N,Qcoll,P可由敏感体积SVN和SVP中沉积能量，通过式2分别计算得到：

式2

若敏感节点N、P的临界电荷分别为Qcrit,N,Qcrit,P ，则粒子Θ引起单元(i,j)发生翻转的指示函数可以写作：

式3

考虑入射点周围(-Nx,-Ny)到(Nx,Ny)范围内的所有位单元，假设这些位单元的翻转是互相独立的，则粒子Θ在其入射点附近引起的翻转位数为：

式4

（2）粒子样本翻转结果加权平均，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

考虑2（2）抽取的样本中有N个粒子，第i个粒子的权重为wi ，样本（尺寸为N）中的每个粒子，翻转率的贡献为RF (θ) 。对粒子样本中各个粒子引起翻转的情况进行加权平均，根据下式计算总的翻转概率的估计值，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

以某款300万门FPGA为例，对银河宇宙射线各元素通量能谱和捕获质子通量能谱各抽样50000个粒子，银河宇宙射线粒子找到35个翻转位，考虑权重后，重离子直接电离引起的单粒子翻转率0.16 次/器件.天；捕获质子未找到翻转位，质子直接电离引起的单粒子翻转率0 次/器件.天。此器件在轨实测单粒子翻转率为：非南大西洋异常区0.233次/器件.天，这其中包含了重离子和质子直接电离和质子核反应的共同作用。基于RPP模型计算的直接电离单粒子翻转率为1.45次/器件.天，考虑飞行数据还包含了质子核反应的作用，该结果相比在轨实际翻转情况过于保守，有一个数量级的差别；采用本发明计算的直接电离导致单粒子翻转率在轨预计结果为0.16次/器件.天，相比基于RPP模型的计算结果下降一个数量级，证明该改进模型对在轨翻转率计算有显著改进。

上述说明书、实施例和数据资料提供了对本发明的可以实现的实施例的结构和作用的完整描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本发明还可具有多个实施例，因此本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例和权利要求之内。

Claims (10)

1.一种器件在轨翻转率预计方法，其特征在于，利用粒子输运仿真手段，获取实际飞行轨道上器件经受的电荷沉积情况；结合器件逻辑单元的单粒子效应仿真模拟手段，获取器件逻辑单元的敏感参数，建立复合敏感体积模型，描述入射粒子沉积电荷被收集情况；在获得逻辑单元样本粒子翻转情况后，采用加权统计方法，获得器件在轨翻转率预计结果。

2.根据权利要求1所述的一种方法，其中，基于复合敏感体积模型的器件在轨翻转率预计的基本步骤是：

步骤（1）提取器件单元电路结构，建立器件单元电路级物理模型，根据器件单元电路的单粒子翻转模拟仿真结果，针对各个敏感节点，提取复合敏感体积模型参数，建立器件单元的复合敏感体积模型；

步骤（2）根据器件应用情况，计算器件在轨经受的粒子通量，抽取一个较大的随机粒子样本，利用Geant4软件仿真其中每个粒子入射器件的轨迹和电荷沉积情况；

步骤（3）利用步骤（1）建立的敏感体积模型，统计粒子样本中每个粒子在敏感体积内被收集的电荷，判断该入射粒子是否引起了翻转，对粒子样本中各个粒子引起翻转的情况进行加权平均，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

3.根据权利要求2所述的一种方法，其中，步骤（1）中，复合敏感体积模型在位单元中对应各个敏感节点分别建立一组大小不同的敏感体积，互相嵌套。

4.根据权利要求3所述的一种方法，其中，对器件单元电路每个敏感节点,分别以M个敏感体积嵌套，其中，为对应第i个敏感体积的敏感参数，Qdep,i为入射粒子在第i个敏感体积内沉积的电荷量，每个敏感体积中收集电荷Qcoll 按照

计算，不同电路敏感节点的临界翻转电荷Qcrit可以不同，任何一个敏感电路节点对应的敏感体积组内收集的电荷超过了对应临界翻转电荷Qcrit即判断单元发生翻转。

5.根据上述权利要求任一项所述的一种方法，其中，所述复合敏感体积模型的模型参数为：对应不同敏感节点的临界翻转电荷Qcrit、各个敏感体积尺寸、相对位置及其敏感系数。

6.根据上述权利要求任一项所述的一种方法，其中，步骤（2）中，抽取一个较大的随机粒子样本的方法为：进行重点采样，增加能量较高、较重的粒子所占的比例，并赋予这些粒子较低的权重作为补偿，使得样本在统计上保持无偏。

7.根据上述权利要求6所述的一种方法，其中，所述抽取方法的抽样原理为：

（a）假设每个粒子可以用一组参数θ表征，该粒子引起翻转的概率记作pF (θ)；

（b）假设元件封装外部，粒子分布的微分密度函数为f (θ) ；

（c）假设可以快速评估粒子θ引起翻转的概率，并给出一个保守的估计值g(θ)大于等于 pF (θ)；

利用Metropolis法抽取N个服从分布f (θ)g(θ)的粒子，其中，第i个粒子的权重W= 1/g (θi) 。

8.根据上述权利要求任一项所述的一种方法，其中，步骤（3）中，包括两个步骤来获得结果：

判断样本粒子导致器件逻辑单元发生翻转的情况；和

粒子样本翻转结果加权平均，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

9.根据上述权利要求8所述的一种方法，其中，判断样本粒子导致器件逻辑单元发生翻转的情况的方法为：

结合每个粒子入射器件的轨迹和电荷沉积情况，利用建立的位单元复合敏感体积模型，同时计算一个入射粒子引起的在相邻9个位单元中的收集情况；对阵列很大，并且所有的单元都是完全相同的情况，可以根据阵列中单元的周期，将入射粒子入射器件的电荷沉积分布平移到9个位单元模型的中心单元内，计算电荷收集情况，判断入射粒子引起的翻转情况。

10.根据上述权利要求任一项所述的一种方法，其中，抽取的样本中有N个粒子，第i个粒子的权重为W_i，样本中的每个粒子，翻转率的贡献为R_F(θ) ，对粒子样本中各个粒子引起翻转的情况进行加权平均，根据公式

计算总的翻转概率的估计值，获得器件在轨单粒子翻转率预计结果。

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