CN111929559B - 大气中子导致的功率器件的失效率评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种大气中子导致的功率器件的失效率评估方法及装置。方法包括：获取功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系，其中，功率器件偏置在关态，且功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地；根据功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系，获取功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面；根据单粒子效应截面和功率器件应用时的环境数据获取功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。采用本方法能够提高评估失效率的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及辐射效应技术领域，特别是涉及一种大气中子导致的功率器件的失效率评估方法及装置。
背景技术
空间宇宙射线在进入地球大气层时，会与大气层中的N、O原子发生核级联反应，生成大量的次级辐射粒子，包括中子、质子、π介子、μ子、电子等。其中的大气中子构成了地面和大气层中功率电子系统单粒子效应的主要来源，会导致功率半导体器件大电流烧毁、栅穿等失效，给大量应用功率器件的电力传输、交通、工业控制等高可靠性需求系统带来了严重的威胁。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高评估失效率的准确性的大气中子导致的功率器件的失效率评估方法及装置。
一种大气中子导致的功率器件的失效率评估方法，所述方法包括：
获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，所述功率器件偏置在关态，所述功率器件包括增强型功率器件，且所述功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地；
根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面；
根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
在其中一个实施例中，所述获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系包括：
获取所述单能粒子源的能量Ek；
获取所述功率器件在所述单能粒子源的能量Ek作用下发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk；
根据多个所述单能粒子源的能量Ek和所述最小漏端偏压Vk生成所述功率器件发生单粒子效应时的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，k为大于等于1的整数。
在其中一个实施例中，当所述单能粒子源的能量小于预设能量时，所述单能粒子源包括单能中子源；当所述单能粒子源的能量大于等于所述预设能量时，所述单能粒子源包括单能质子源。
在其中一个实施例中，根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面包括：
获取在所述散裂中子源辐照下发生单粒子效应的所述功率器件的数量n；
获取所述功率器件发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk，根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述最小漏端偏压Vk对应的单能粒子源的能量Ek，并获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m；
根据在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子源的注量m，获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面。
在其中一个实施例中，获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m包括：
采用如下公式获取散裂中子源中能量大于等于所述单能中子源的能量Ek的入射中子源的注量m：
其中φe为散裂中子源导致所述功率器件失效的等效通量，dφ/dEspallation_neutron为散裂中子源的差分中子通量，T为辐照总时长。
在其中一个实施例中，根据在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子源的注量m，获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面包括：
采用如下公式获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面：
其中，σ为所述功率器件的单粒子效应的截面，n为在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量，m为最小漏端偏压Vk时且所述功率器件的单粒子效应时散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子源的注量。
在其中一个实施例中，所述根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率包括：
根据所述功率器件应用时的环境数据获取在所述最小漏端偏压Vk下导致所述功率器件发生单粒子效应的等效大气中子通量；
根据在所述最小漏端偏压Vk下所述功率器件发生单粒子效应的截面和所述等效大气中子通量，获取所述功率器件在所述最小漏端偏压Vk下的失效率。
一种大气中子导致的功率器件的失效率评估装置，包括：
对应关系获取模块，用于获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，所述功率器件偏置在关态，且所述功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地；
单粒子效应截面获取模块，用于根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面；
失效率评估模块，用于根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
一种大气中子辐射试验系统，包括：单能粒子源、中子源、连接待测功率器件的测量仪器以及连接所述测量仪器的上位机；
所述单能粒子源用于输出单能粒子束流，所述单能粒子束流用于辐照所述功率器件；
所述中子源用于输出全能谱中子束流，所述全能谱中子束流用于辐照所述功率器件；
所述测量仪器用于测量辐照后所述功率器件的参数；
所述上位机用于执行上述的大气中子导致的功率器件的失效率评估方法中的步骤。
在其中一个实施例中，所述中子源包括散裂中子源。
上述大气中子导致的功率器件的失效率评估方法及装置，通过先采用单能中子和单能质子，能够确定功率器件在不同漏端偏压下发生失效的单能粒子源的阈值能量，进而可在采用全能谱散裂中子源进行实验时准确地获取单粒子效应截面，有助于提高评估失效率的准确性。
附图说明
图1为一个实施例中大气中子导致的功率器件的失效率评估方法的流程示意图；
图2为一个实施例中大气中子导致的功率器件的失效率评估方法的应用环境图；
图3为一个实施例中图1中步骤102的流程示意图；
图4为另一个实施例中功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系示意图；
图5为一个实施例中中图1中步骤104的流程示意图；
图6为基于标定单粒子烧毁能量阈值计算等效的中子注量示意图；
图7为一个实施例中大气中子导致的功率器件的失效率评估装置结构示意图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
传统技术中普遍关注空间带电重离子导致的功率器件的单粒子烧毁效应及其测试方法，对大气中子导致的功率器件失效关注度不高。正如背景技术所述，大气中子会导致功率半导体器件大电流烧毁、栅穿等失效。ABB公司就发现欧洲研发电力机车引擎采用的高压二极管和闸流晶体管，设计寿命>25年，但在工作几个月的时间内就出现大量的失效现象，而且器件特性在失效前没有任何退化征兆。通过对不同地理位置和不同防护屏蔽出现的失效率对比发现大气中子单粒子效应引起的烧毁(SEB)和栅穿(SEGR)是导致失效的主要原因。
针对上述问题，如图1所示，本申请的一个实施例提供一种大气中子导致的功率器件的失效率评估方法，该方法包括以下步骤：
步骤102：获取功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系，其中，功率器件偏置在关态。
单能粒子源为具有某一特定能量的粒子源。为了获取不同单能粒子对应的功率器件发生单粒子效应的漏端偏压，可分别采用不同能量的单能粒子对多个功率器件进行辐照。本实施例中，为了研究大气中子对功率器件的影响，单能粒子源中的粒子可以选取中子。当选取的粒子能量较高时，质子和中子的核反应截面相似，其产生的单粒子效应也近似相等，因此可以采用单能质子源代替单能中子源。也即，当单能粒子的能量小于预设能量时，采用单能中子源对功率器件进行辐照，当单能粒子的能量大于等于预设能量时，采用单能质子源对功率器件进行辐照。其中，预设能量可以是50MeV。
在采用单能粒子源进行辐照实验时，采用图2所示辐照试验测试结构进行测试。对于中子和质子辐照，无需对待测功率器件进行开封处理，功率器件可安装于夹具上，通过二维电移台调整好功率器件的位置，使得辐射粒子可以垂直入射并覆盖全部待测功率器件。在辐照过程中，使功率器件偏置在关态，对于增强型功率器件，可以在功率器件的漏端施加漏端偏压，源端和栅端接地使其偏置在关态，对于耗尽型功率器件，可以在功率器件的栅端施加栅端偏压使其偏置在关态，本实施例中主要以增强型功率器件为例进行说明。辐照过程中利用测量仪器通过传输线实时采集待测功率器件漏端电流和栅端电流的变化情况。测试仪器通过网线连接至测量室的上位机，上位机可在测量室对测量仪器进行远程控制、数据分析。当上位机检测到辐照过程中漏电流或栅电流异常，则判断待测功率器件发生了单粒子烧毁或单粒子栅穿等单粒子效应。分别采用具有不同能量的单能粒子源对功率器件进行辐照，获取采用不同能量的单能粒子源进行辐照时功率器件发生单粒子效应的最小漏端偏压，从而获取功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系。
步骤104：根据功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系，获取功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面。
具体地，采用散裂中子源对功率器件进行辐照，并获取功率器件的单粒子效应截面。散裂中子源为覆盖了能量在1MeV以上的全能谱中子，其能谱形状与自然大气中子能谱接近。保持多个功率器件偏置在关态，并采用散裂中子源进行辐照，上位机接收实验过程中的相应数据，并根据单能粒子的能量与功率器件发生单粒子效应时漏端偏压的对应关系获取功率器件在不同漏端偏压下的单粒子效应截面。
步骤106：根据单粒子效应截面和功率器件应用时的环境数据获取功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
由于功率器件的失效率与功率器件应用时的应用环境有关，因此通过收集环境数据，并根据功率器件的单粒子效应截面和环境数据可获取功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
上述大气中子导致的功率器件的失效率评估方法中，首先通过采用单能粒子源进行试验，确定了功率器件在不同漏端偏压下发生失效的单能粒子源的能量，该能量也即功率器件在不同漏端偏压下发生失效的阈值能量，基于阈值能量可准确地确定散裂中子源测试时功率器件的截面，提高了试验评估功率器件失效率的准确性。
在一个实施例中，如图3所示，获取功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系包括：
步骤302，获取单能粒子源的能量Ek；
步骤304，获取功率器件在所述单能粒子源的能量Ek作用下发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk；
步骤306，根据多个单能粒子源的能量Ek和最小漏端偏压Vk生成功率器件发生单粒子效应时功率器件的漏端电压Vk与单能粒子源的能量Ek的对应关系。
具体地，当单能粒子的能量小于50MeV时，采用单能中子源对功率器件进行辐照，当单能粒子的能量大于等于50MeV时，采用单能质子源对功率器件进行辐照。可以先选取能量为E1的单能中子源开展辐照试验，辐照过程中，逐渐增加处于关态的功率器件的漏端偏压，测试得到发生单粒子烧毁或单粒子栅穿时的功率器件最小漏端偏压V1。选取另一能量为E2的单能中子源，重复上述测试过程，得到对应发生单粒子烧毁或单粒子栅穿时的功率器件的最小漏端偏压V2。依次类推，在不同能量的单能中子源下都测试得到对应发生单粒子烧毁或单粒子栅穿时的功率器件的最小漏端偏压。类似地，对于单能质子源采用同样的测试方法，获取不同能量的单能质子源下、对应发生单粒子烧毁或单粒子栅穿时的功率器件的最小漏端偏压，从而可以获取功率器件发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk与单能粒子源的能量Ek的对应关系，其中k为大于等于1的整数，具体最小漏端偏压Vk与单能粒子源的能量Ek的对应关系图谱如图4所示，其中横轴为功率器件的漏端电压Vk，纵轴为单能粒子源的能量Ek。
本实施例中，通过先采用单能中子和单能质子，能够确定功率器件在不同漏端偏压下发生失效的单能粒子源的阈值能量，进而可在采用全能能散裂中子源进行实验时准确地获取单粒子效应截面，有助于提高评估失效率的准确性。
在其中一个实施例中，如图5所示，根据功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系，获取功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面包括：
步骤502：获取在散裂中子源辐照下发生单粒子效应的功率器件的数量n；
步骤504：获取功率器件发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk，根据功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述最小漏端偏压Vk对应的单能粒子源的能量Ek，并获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m；
步骤506：根据在最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子注量m，获取功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面。
具体地，本实施例中，在采用散裂中子源进行辐照的过程中，可以先使处于关态的功率器件的漏端偏置在最小漏端偏压V1，测试得到发生单粒子烧毁或单粒子栅穿的功率器件的个数n。根据功率器件的最小漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系获取最小漏端偏压V1对应的单能粒子源的能量E1，统计此时散裂中子源中能量在E1以上的入射中子注量m，其中m可通过以下公式获取：
上述公式中，φe为散裂中子源导致所述功率器件失效的等效通量，对应图5中的阴影区域面积，图6为基于标定单粒子烧毁能量阈值计算等效的中子注量示意图，其中横轴为单粒子能量，纵轴为等效中子注量，实线为散裂中子能源谱，虚线为自然大气中子能源谱，其中自然大气中通量已乘以10的九次方的系数；dφ/dEspallation_neutron为散裂中子源的差分中子通量，T为辐照总时长。
根据发生单粒子烧毁或单粒子栅穿的功率器件的个数n和散裂中子源中能量在E1以上的入射中子注量m获取功率器件工作在V1电压下的单粒子烧毁或单粒子栅穿截面σ，σ可通过以下公式获取：
同理，改变辐照时功率器件的漏端偏压Vk，测试得到发生单粒子烧毁或单粒子栅穿的器件个数，并统计此时能量在Ek以上的入射中子注量，根据发生单粒子烧毁或单粒子栅穿的器件个数和能量在Ek以上的入射中子注量可计算功率器件工作在漏端偏压Vk电压下的单粒子烧毁或单粒子栅穿截面。
上述实施例提供的大气中子导致的功率器件的失效率评估方法，通过采用单能中子源和单能质子源对功率器件进行辐照，确定了功率器件在不同漏端偏压下发生失效的阈值能量，基于阈值能量准确计算对功率器件发生单粒子烧毁或单粒子栅穿效应产生贡献的等效中子注量用于失效率的评估，提高了试验评估器件失效率的准确性。
在其中一个实施例中，根据单粒子效应截面和功率器件应用时的环境数据获取功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率包括：根据功率器件应用时的环境数据获取在最小漏端偏压Vk下导致功率器件发生单粒子效应的等效大气中子通量；根据该等效大气中子通量和在所述最小漏端偏压Vk下功率器件发生单粒子效应的截面获取功率器件在最小漏端偏压Vk下的失效率。
具体地，功率器件应用时的环境数据包括实际应用环境的海拔、经纬度、太阳活动周期等参数。可以基于EXPACS模型、波音模型、JESD89a标准模型等已有模型可计算实际应用环境的大气中子通量为dφ/dEatmospheric_neutron，并根据大气中子通量计算功率器在漏端偏压为Vk时发生单粒子烧毁或单粒子栅穿的等效大气中子通量φeff，具体可采用如下公式：
然后根据功率器件在漏端偏压为Vk时的单粒子效应截面和等效大气中子通量φeff计算功率器件漏端偏压为Vk时的失效率，失效率Rerror为：
Rerror＝φeff×σ
上述实施例提供的大气中子导致的功率器件的失效率评估方法，通过采用单能中子源和单能质子源对功率器件进行辐照，确定了功率器件在不同漏端偏压下发生失效的阈值能量，基于阈值能量准确计算对功率器件发生单粒子烧毁或单粒子栅穿效应产生贡献的等效中子注量用于失效率的评估，提高了试验评估器件失效率的准确性。
应该理解的是，虽然图1、图3、图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图图1、图3、图5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种大气中子导致的功率器件的失效率评估装置，包括：对应关系获取模块701、单粒子效应截面获取模块702和失效率评估模块703，其中：
对应关系获取模块701，用于获取功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系，其中，功率器件偏置在关态，且功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地。
单粒子效应截面获取模块702，用于根据功率器件的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系获取功率器件在散裂中子源辐照下在不同漏端电压下的单粒子效应截面。
失效率评估模块603，用于根据单粒子效应截面和功率器件应用时的环境数据获取功率器件工作在不同漏端电压下的失效率。
在其中一个实施例中，对应关系获取模块701包括能量获取单元、漏端偏压获取单元和对应关系生成单元，能量获取单元用于获取进行辐照试验时单能粒子源的能量Ek，漏端偏压获取单元用于获取功率器件在单能粒子源的能量Ek作用下发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk，对应关系生成单元用于根据能量获取单元获取的能量和漏端偏压获取单元获取的漏端偏压生成功率器件发生单粒子效应时的漏端偏压与单能粒子源的能量的对应关系。
在其中一个实施例中，单粒子效应截面获取模块702包括失效器件数量获取单元、中子注量获取单元和截面获取单元。失效器件数量获取单元用于获取在所述散裂中子源辐照下发生单粒子效应的所述功率器件的数量n；中子注量获取单元用于获取所述功率器件发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk，根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述最小漏端偏压Vk对应的单能粒子源的能量Ek，并获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m；截面获取单元用于根据在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子源的注量m，获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面。
关于大气中子导致的功率器件的失效率评估装置的具体限定可以参见上文中对于大气中子导致的功率器件的失效率评估方法的限定，在此不再赘述。上述大气中子导致的功率器件的失效率评估装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种大气中子导致的功率器件的失效率评估方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，所述功率器件偏置在关态，且所述功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地；
根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面；
根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
在一个实施例中，当取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系时，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取所述单能粒子源的能量Ek；
获取所述功率器件在所述单能粒子源的能量Ek作用下发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk；
根据多个所述单能粒子源的能量Ek和所述最小漏端偏压Vk生成所述功率器件发生单粒子效应时的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，k为大于等于1的整数。
在一个实施例中，当根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面时，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取在所述散裂中子源辐照下发生单粒子效应的所述功率器件的数量n；
获取所述功率器件发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk，根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述最小漏端偏压Vk对应的单能粒子源的能量Ek，并获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m；
根据在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子源的注量m，获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面。
在一个实施例中，当所述根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率时，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据所述功率器件应用时的环境数据获取在所述最小漏端偏压Vk下导致所述功率器件发生单粒子效应的等效大气中子通量；
根据在所述最小漏端偏压Vk下所述功率器件发生单粒子效应的截面和所述等效大气中子通量，获取所述功率器件在所述最小漏端偏压Vk下的失效率。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在其中一个实施例中，提供了一种大气中子辐射试验系统，包括单能粒子源、中子源、连接待测功率器件的测量仪器以及连接测量仪器的上位机。
其中，单能粒子源用于输出单能粒子束流，单能粒子束流用于辐照功率器件，使功率器件产生单粒子效应，例如单粒子烧毁或单粒子栅穿。本实施例中，当单能粒子的能量小于预设能量时，单能粒子源可以是单能中子源，当单能粒子的能量大于等于预设能量时，单能粒子源可以是单能质子源。其中，预设能量可以是50MeV。当选取的粒子能量较高时，质子和中子的核反应截面相似，其产生的单粒子效应也近似相等，因此可以采用单能质子源代替单能中子源。
中子源用于输出全能谱中子束流，全能谱中子束流用于辐照功率器件。本实施例中，中子源可是散裂中子源。
测量仪器通过连接线连接至待测功率器件，用于采集待测功率器件的工作参数。在进行辐照时，功率器件偏置在关态，且功率器件的漏端连接漏端偏压，栅端和源端接地。
上位机连接测量仪器，用于接收测量仪器测量的功率器件的参数，上位机还可以连接中子源和单能粒子源，用于接收中子源和单能粒子源的能量，或者用户可直接在上位机中输入中子源和单能质子源的能量。上位机还用于执行前述大气中子导致的功率器件的失效率评估方法中的步骤。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种大气中子导致的功率器件的失效率评估方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，所述功率器件偏置在关态，所述功率器件包括增强型功率器件，且所述功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地；
根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面；
根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系包括：
获取所述单能粒子源的能量Ek；
获取所述功率器件在所述单能粒子源的能量Ek作用下发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk；
根据多个所述单能粒子源的能量Ek和所述最小漏端偏压Vk生成所述功率器件发生单粒子效应时的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，k为大于等于1的整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述单能粒子源的能量小于预设能量时，所述单能粒子源包括单能中子源；当所述单能粒子源的能量大于等于所述预设能量时，所述单能粒子源包括单能质子源。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面包括：
获取在所述散裂中子源辐照下发生单粒子效应的所述功率器件的数量n；
获取所述功率器件发生单粒子效应时的最小漏端偏压Vk，根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述最小漏端偏压Vk对应的单能粒子源的能量Ek，并获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m；
根据在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子源的注量m，获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取所述散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子注量m包括：
采用如下公式获取散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子源的注量m：
其中
为散裂中子源导致所述功率器件失效的等效通量，/>
spallation_neutron为散裂中子源的差分中子通量，T为辐照总时长。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量n和入射中子源的注量m，获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面包括：
采用如下公式获取所述功率器件工作在不同最小漏端偏压Vk下的单粒子效应截面：
其中，
为所述功率器件的单粒子效应的截面，n为在所述最小漏端偏压Vk下发生单粒子效应的功率器件的数量，m为最小漏端偏压Vk时且所述功率器件的单粒子效应时散裂中子源中能量大于等于所述单能粒子源的能量Ek的入射中子源的注量。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率包括：
根据所述功率器件应用时的环境数据获取在所述最小漏端偏压Vk下导致所述功率器件发生单粒子效应的等效大气中子通量；
根据在所述最小漏端偏压Vk下所述功率器件发生单粒子效应的截面和所述等效大气中子通量，获取所述功率器件在所述最小漏端偏压Vk下的失效率。
8.一种大气中子导致的功率器件的失效率评估装置，其特征在于，包括：
对应关系获取模块，用于获取所述功率器件在单能粒子源辐照下发生单粒子效应时所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，其中，所述功率器件偏置在关态，且所述功率器件的漏端连接漏端偏压，源端和栅端接地；
单粒子效应截面获取模块，用于根据所述功率器件的漏端偏压与所述单能粒子源的能量的对应关系，获取所述功率器件在散裂中子源辐照下的不同漏端偏压对应的单粒子效应截面；
失效率评估模块，用于根据所述单粒子效应截面和所述功率器件应用时的环境数据获取所述功率器件工作在不同漏端偏压下的失效率。
9.一种大气中子辐射试验系统，其特征在于，包括：单能粒子源、中子源、连接待测功率器件的测量仪器以及连接所述测量仪器的上位机；
所述单能粒子源用于输出单能粒子束流，所述单能粒子束流用于辐照所述功率器件；
所述中子源用于输出全能谱中子束流，所述全能谱中子束流用于辐照所述功率器件；
所述测量仪器用于测量辐照后所述功率器件的参数；
所述上位机用于执行权利要求1-7中任一项所述的大气中子导致的功率器件的失效率评估方法中的步骤。
10.根据权利要求9所述的大气中子辐射试验系统，其特征在于，所述中子源包括散裂中子源。
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