航天飞机、卫星等空间飞行器在运行期间，曾多次发生过由于单粒子效应事件而导致电子器件早期失效，缩短了空间飞行器的可靠运行与使用寿命，已引起国内外航天科技人员的极大重视。然而发生故障的产品多为集成电路器件，特别是大规模集成电路器件发生故障的概率要高于中小规模集成电路器件。
单粒子效应是空间高能粒子轰击微电子器件的敏感节点，导致微电子器件逻辑功能翻转或器件损坏的事件。空间高能粒子辐射主要来源于地球辐射带、银河宇宙线和太阳宇宙线。地球辐射带是磁层中被地球磁场俘获的高能粒子带，分为内辐射带和外辐射带。内辐射带：内辐射带距地面较近，空间范围在赤道平面上空600～10000km的高度，纬度边界约为40°。内辐射带粒子主要成分是质子和电子，质子能量一般为几兆电子伏到几百兆电子伏，通量达10J/（m2·s），此外还有大量的重离子。由于地磁场的不均匀性，在南大西洋地磁弱异常区下边界下降到200km左右，而在东亚地磁强异常区（我国上空）则在1500km左右。外辐射带：外辐射带的空间范围很大，在赤道平面内高度为10000～60000km的高度，纬度边界为55°～70°。外辐射带粒子的主要成分是低能质子和电子，能量低于1MeV，最大通量达10J/（m2·s），电子具有较高的能量和较大的通量。太阳宇宙线是太阳耀斑爆发时释放的高能粒子流，太阳活动对外辐射带有很大影响，当地磁场受到扰动时，这时伴随有大量高能质子发射，所以又称为质子事件，另外还有少量重离子和电子。在太阳耀斑爆发后的几十分钟内太阳宇宙射线到达地球，而其最大通量将在2～24h间达到，并在一星期内逐渐消失。银河宇宙线是来自太阳系外的高能带电粒子流，构成各向同性的较稳定的空间粒子辐射背景。
一、微电子器件单粒子效应及失效机理分析
单粒子效应导致微电子器件逻辑功能翻转或器件损坏，根据效应机理的不同，可分为单粒子翻转（SEU）、单粒子锁定（SEL）、单粒子功能中断（SEFI）、单粒子烧毁事件（SEB）、单粒子瞬态脉冲（SET）等类型。
1、单粒子翻转（SEU）效应及失效机理分析
SEU是发生在逻辑器件中的一种带电粒子辐射效应。最容易发生SEU的是随机存储器、只读存储器以及微处理器、数字信号处理器和可编程逻辑器件三种器件中的寄存器组与内部存储单元。
发生单粒子翻转的故障现象主要是：一旦空间高能粒子射入半导体器件灵敏区，重离子运动径迹周围产生的电荷被灵敏电极收集，当收集的电荷超过电路状态临界电荷时，电路就会发生不期望的翻转和逻辑功能混乱，使器件逻辑状态翻转，即原来存储的“0”变为“1”，或者“1”变为“0”。这种效应不会使逻辑电路损坏，还可以被重新写入另外一种状态，因此，常把它称为软错误，如图1所示。随着器件特征尺寸减小、器件集成度增高、工作电压减小，存储器件单元发生单粒子翻转的临界电荷会大大减少。在这种情况下，大容量、高密度存储器件还容易发生多位翻转现象。
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