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空間單粒子效應:影響航太電子系統的危險因素(簡體書)
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空間單粒子效應:影響航太電子系統的危險因素(簡體書)

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作者簡介
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目次

商品簡介

本書主要講述電子器件在空間環境中的單粒子效應,器件在空間應用時單粒子輻照效應的地面評估方法,及其空間應用時的錯誤概率計算。全書共17章,第1章和第2章主要介紹電子元器件空間單粒子效應的基礎知識;第3章至第5章對地面模擬空間單粒子效應的試驗進行詳細介紹、闡述試驗資料的分析方法;第6章講述試驗資料如何與器件機理進行對應;第7章、第8章、第11章至第17章講述空間單粒子翻轉錯誤率的計算與空間環境中的預估;第9章和第10章介紹兩種特殊的單粒子效應。

作者簡介

Edward Petersen 博士,1969—1993年任職于美國海軍研究實驗室,之後他一直擔任顧問。Petersen博士的研究集中于估算衛星系統的損壞率,他的研究表明空間損壞率的測量與基於實驗室實驗的預測是一致的。他撰寫或與他人合作撰寫了60餘篇輻射效應方面的論文,大多數與單粒子效應有關。作為IEEE會士,Petersen博士是IEEE核輻射效應和等離子體科學學會獎的獲得者。

名人/編輯推薦

系統深入地介紹了空間環境、單粒子效應、單粒子效應產生的機理、空間環境效應地面模擬試驗方法、輻射環境和半導體器件及積體電路相互作用的建模、單粒子效應對積體電路影響的預示,具有非常重要的實用和參考價值。

譯 者 序

隨著科學技術的進步和製造水準的提高,人類探索空間、利用空間資源的活動越來越頻繁,而航天器電子系統則擔負著人類探索或利用空間過程中的電子資訊處理、存儲、傳輸等任務,其組成的核心是各種半導體器件及積體電路。航天器在軌壽命期間,這些半導體器件及積體電路會遭受各種高能粒子的作用,進而導致一系列相關效應的發生,單粒子效應(SEE)就是其中一類非常重要的效應。單粒子效應又可分為非致命性的單粒子翻轉(SEU)、單粒子瞬態(SET)、單粒子功能中斷(SEFI)等效應, 致命性的單粒子閂鎖(SEL)、單粒子柵穿(SEGB)、單粒子燒毀(SEB)等效應。對於非致命性的單粒子效應,雖然通過重啟電子系統的電源等方式可以使系統恢復到正常狀態,但是會嚴重影響到航太任務的正常執行。致命性的單粒子效應則可能導致核心器件自身的損毀,從而造成整個電子系統的癱瘓,使整個航太任務失敗。因此,對宇航用核心半導體器件和積體電路開展單粒子效應研究意義重大。
本書系統深入地介紹了空間環境、單粒子效應、單粒子效應產生的機理、空間環境效應地面模擬試驗方法、輻射環境和半導體器件及積體電路相互作用的建模、單粒子效應對積體電路影響的預示。本書內容豐富,具有非常重要的實用和參考價值。
作者愛德華?彼得森(Edward Petersen)博士長期從事衛星系統單粒子翻轉率的預示研究,其研究工作表明可以通過地面模擬試驗和理論計算來預測電子系統在空間的翻轉率。愛德華博士曾在美國海軍研究實驗室(NRL)工作,撰寫或合著了關於輻射效應方面的論文60篇,大多數涉及單粒子效應。愛德華博士是電氣和電子工程師協會院士(IEEE Fellow),以及IEEE核與等離子科學學會(Nuclear and Plasma Sciences Society)的輻射效應獎獲得者。
隨著我國航太事業的快速發展,以載人航太、月球探測、二代導航、高解析度對地觀測和新一代運載火箭為代表的一系列航太科技工程取得了突破性進展,航太技術整體水準大幅躍升,但與航太強國相比仍有差距。隨著新工藝、新技術、新材料、新器件等在航天器上逐漸獲得應用,以及航天器長壽命、高可靠性要求的提高,亟須進一步加強宇航單粒子效應研究。相信本書能為從事宇航電子系統、半導體器件和積體電路研發及其可靠性評估考核子試驗的科技工作者提供有益的幫助。
鑒於譯者水準所限,在翻譯過程中難免有疏漏之處,懇請廣大讀者不吝賜教。

譯 者
2015年7月6日於北京

目次

目 錄
第1章 緒論
1.1 背景
1.2 單粒子試驗分析
1.2.1 資料完整和初始資料修正的分析
1.2.2 電荷收集試驗分析
1.2.3 從截面資料分析器件特性
1.2.4 器件敏感性參數研究分析
1.3 空間和航空電子設備SEE發生率建模
1.3.1 器件輻射環境建模
1.3.2 器件電荷收集建模
1.3.3 用於單粒子翻轉的電路特性和電路敏感度建模
1.4 本書縱覽
1.5 本書範圍
第2章 單粒子效應分析和預測基礎
2.1 單粒子效應概述
2.2 粒子能量沉積
2.3 單粒子事件環境
2.3.1 太陽風和太陽週期
2.3.2 磁層、 宇宙射線和俘獲粒子運動
2.3.3 銀河宇宙射線
2.3.4 地磁場俘獲質子
2.3.5 太陽事件
2.3.6 大氣中的電離
2.4 電荷收集和翻轉
2.5 有效LET值
2.6 電荷收集體積和長方體
2.7 翻轉截面曲線
2.8 臨界電荷
2.8.1 臨界電荷和LET值閾值
2.8.2 晶片上單極電晶體和雙極型電晶體的臨界電荷
2.8.3 由電路建模研究得到的臨界電荷
2.8.4 器件截面上的敏感度分佈
2.8.5 晶格內部的變化
2.8.6 臨界電荷討論總結
2.9 翻轉敏感度和特徵尺寸
2.10 截面的概念
2.10.1 核子物理截面的概念
2.10.2 單粒子事件截面的概念
第3章 用於分析的重離子試驗優化
3.1 試樣重離子試驗資料
3.2 試驗要求
3.3 曲線參數
3.4 角度步幅
3.5 達到飽和截面時停止資料獲取
3.6 器件遮蔽效應
3.7 離子選擇
3.8 確定器件的LET值
3.9 能量損失分佈
3.10 資料要求
3.10.1 需要的精度
3.10.2 需要的準確度
3.11 試驗統計和不確定性
3.12 雙重閾值效應
3.13 截面資料擬合
3.14 誤差和不確定性的其他來源
第4章 質子試驗優化
4.1 束流強度和不均勻性的監測
4.2 試驗的總劑量限制
4.3 截面曲線的外形
第5章 資料鑒定和解釋
5.1 資料特性
5.1.1 不合理誤差、 系統誤差及隨機誤差
5.1.2 固有隨機誤差
5.1.3 資料的局部標準差
5.1.4 資料的廢棄
5.2 問題資料的處理
5.2.1 系統誤差檢驗
5.2.2 電壓變化實例
5.2.3 與LET值不一致的資料
5.2.4 束流污染
5.2.5 未觀測到的事件
5.2.6 資料的草率或錯誤擬合
5.2.7 試驗監測和計畫
5.3 重離子試驗的解釋
5.3.1 漏斗改變有效LET值
5.3.2 真實RPP形狀的效應
5.3.3 確定深度和漏斗長度的擬合數據
5.3.4 厚器件結構
5.3.5 旋轉RPP結構的截面曲線
5.3.6 截面上的電荷增益效應
5.4 使用韋伯爾函數進行最小二乘時可能存在的問題
5.4.1 多次好的擬合
5.4.2 與韋伯爾擬合不一致的原因
第6章 不同類型SEU資料的分析
6.1 臨界電荷
6.2 厚度和臨界電荷
6.3 電荷收集機制
6.3.1 漂移過程和漏斗
6.3.2 擴散過程
6.3.3 等離子體線效應
6.3.4 ALPHEN(α粒子源漏穿透效應)
6.3.5 雙極型電晶體效應
6.3.6 複合效應
6.4 電荷收集和截面曲線
6.4.1 CMOS
6.4.2 加固CMOS
6.4.3 雙極器件
6.4.4 CMOS-SOI
6.4.5 NMOS——耗盡型負載
6.4.6 NMOS——電阻性負載
6.4.7 GaAs HFET
6.4.8 GaAs C-Higfet
6.4.9 VLSI工藝的變化
6.5 功效(晶片內SEU敏感度的變化)
6.5.1 截面和功效曲線
6.5.2 SEU功效與面積的關係
6.5.3 脈衝鐳射SEU試驗獲得的功效和SEU敏感度
6.6 混合模式類比
6.6.1 Warren的方法
6.6.2 Dodd的方法
6.6.3 Hirose的方法
6.6.4 Fulkerson的簡單方法
6.6.5 Imax、 F(Tmax)方法
6.6.6 翻轉率計算的電路級模擬
6.6.7 多位元翻轉區域
6.6.8 功效和SEU閾值
6.6.9 從功效到翻轉率
6.7 器件敏感度的參數研究
6.7.1 資料顯示和擬合
6.7.2 器件參數和SEU敏感度
6.8 離子種類和能量的影響
6.9 器件形狀和極限截面
6.9.1 體CMOS器件
6.9.2 CMOS/SOI
6.9.3 SRAM
6.10 徑跡尺寸效應
6.11 截面曲線和電荷收集過程
6.11.1 效驗曲線和電荷收集過程
6.11.2 反LET值繪圖和擴散
6.12 單粒子多位翻轉
6.12.1 嚴格的幾何形狀MBU
6.12.2 質子誘發MBU
6.12.3 單位翻轉的多次撞擊
6.12.4 DRAM中漫射導致的MBU
6.12.5 接近敏感區的撞擊
6.12.6 FPGA的多位翻轉
6.12.7 擴散MBU翻轉率的計算
6.12.8 EDAC中幾何形狀MBE率
6.12.9 空間環境中的統計MBE率
6.12.10 幾何形狀誤差對系統性能的影響
6.12.11 試驗環境中的統計MBU
6.13 邏輯系統中的SEU
6.14 瞬態脈衝
第7章 宇宙射線單粒子效應率計算
7.1 翻轉率預估方法簡介
7.2 重離子翻轉率的RPP方法
7.3 積分RPP方法
7.4 截面曲線的形狀
7.4.1 韋伯爾分佈
7.4.2 對數正態分佈
7.4.3 指數分佈
7.5 RPP方法和IRPP方法背後的假設
7.5.1 器件相互作用模型
7.5.2 臨界電荷
7.5.3 翻轉率計算的數學基礎
7.5.4 弦長模型
7.5.5 Bradford公式
7.5.6 Pickel公式
7.5.7 Adams公式
7.5.8 積分RPP方法的公式化
7.5.9 HICCUP模型
7.5.10 IRPP使用的要求
7.6 有效通量方法
7.7 上限限制模型
7.8 品質因數翻轉率公式
7.9 廣義品質因數
7.9.1 使用GEO翻轉率資料進行品質因數修正
7.9.2 器件參數的確定
7.9.3 從列表的部件參數中計算品質因數
7.9.4 遮罩後的翻轉率係數
7.10 品質因數和對數正態分佈
7.11 蒙特卡洛方法
7.11.1 IBM程式
7.11.2 GEANT4
7.11.3 中子誘發的翻轉
7.12 PRIVIT
7.13 積分通量方法
第8章 質子單粒子效應計算
8.1 核反應分析
8.1.1 蒙特卡洛計算
8.1.2 基於重離子資料預示質子翻轉截面
8.2 半經驗方法和積分截面計算
8.3 質子和重離子翻轉間的關係
8.4 利用質子翻轉截面進行的品質因數修正
8.5 少見的高能質子反應導致的翻轉
8.6 阻止的質子、 氦離子和鐵離子導致的翻轉
第9章 中子誘發單粒子翻轉
9.1 中子誘發航空電子設備中的翻轉
9.1.1 BGR計算
9.1.2 積分截面計算
9.1.3 品質因數計算
9.1.4 上邊界法
9.1.5 飛行中的暴露
9.2 地面的翻轉
第10章 重離子核反應產生的翻轉
10.1 重離子核反應
10.2 電離和核反應綜合翻轉率計算
10.3 重核離子反應總結
第11章 重離子翻轉率預測實例
11.1 低閾值研究
11.2 韋伯爾函數和對數正態分佈的翻轉率比較
11.3 低閾值中Lc資料
11.4 SEE敏感性和LET閾值
11.5 翻轉率計算的選擇區域和深度
11.5.1 SOI器件
11.5.2 CREME計算中包含漏斗
11.6 CREME96代碼的計算
11.6.1 CREME96/FLUX
11.6.2 CREME96/TRANS
11.6.3 CREME96/LETSPEC
11.6.4 CREME96/HUP
11.6.5 CREME96結果
11.7 CREME-MC和SPENVIS
11.8 截面的不確定性對翻轉率的效應
第12章 質子翻轉率預測
12.1 俘獲質子
12.2 質子誘導翻轉率與FOM的關係
第13章 綜合環境
13.1 質子和宇宙射線翻轉率的相對關係
13.2 利用品質因數進行綜合翻轉率計算
13.3 特定新軌道的翻轉率係數
13.4 地球附近任意圓軌道的翻轉率係數
13.5 近地圓軌道質子和重離子翻轉率的比值
13.6 從地面到外空的單粒子效應
第14章 太陽粒子事件和極端情況下的示例
第15章 中性粒子束環境翻轉率
15.1 中性粒子束武器的特徵
15.2 中性粒子束翻轉率
第16章 空間單粒子翻轉率的預測和觀測
16.1 空間觀測的結果
16.2 環境的不確定性
16.3 異常值的檢測
16.4 較差翻轉率預測的可能原因
16.5 一篇好的單粒子發生率比較論文的組成
16.5.1 實驗室和空間測試結果的報告
16.5.2 地面測試結果的分析
16.5.3 空間預測的環境
16.5.4 翻轉率計算
16.5.5 空間試驗和資料的特徵
16.6 總結
16.7 近來的比較
16.8 太陽活動期間事件的比較
第17章 IRPP方法的局限性
17.1 IRPP和深器件
17.2 需要兩次撞擊時的RPP方法
17.3 忽略徑跡尺寸的RPP方法
17.4 利用IRPP計算總的單粒子效應數, 而不是單粒子翻轉數
17.5 忽略敏感體積外效應的 RPP 方法
17.6 假設具有相同LET值的不同粒子的效應相等的IRPP方法
17.7 假設粒子的LET值在敏感體積中不變化的IRPP方法
17.8 假設電荷搜集不隨著器件方向而改變的IRPP 方法
17.9 單粒子效應發生率分析的現狀
附錄A 常用參數
附錄B 參考方程式
附錄C 利用品質因數開展翻轉率的快速估計
附錄D 部分特性
附錄E 器件資料來源
參考文獻

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