空间辐射引起的单粒子效应是航天器故障的重要诱因之一，严重地威胁着在
轨航天器的运行安全。近年来单粒子效应的危害逐渐受到国家的高度重视，现代
航天技术发展要求采用抗辐射加固电子元器件。单粒子效应地面加速器模拟实验
是检验加固电子元器件抗辐射性能的重要手段，而离子注量是模拟实验中的重要
参数之一。实验中弱束流离子注量探测的准确性直接影响数据质量，关系到预估
元器件在轨翻转率的可靠性。以往的大量实验发现，单粒子效应实验结果很大程
度上依赖于入射离子的注量率，但缺乏注量率对单粒子效应影响全面、系统的研
究。本文通过对注量率在单粒子效应中的影响研究，获得地面加速器单粒子实验
结果对辐照注量率的依赖关系，为地面模拟实验数据解释提供指导。同时，针对
单粒子效应实验弱束流的特点，探索了低注量率离子探测的新方法。
本文利用兰州重离子加速器提供的多种高能重离子，开展离子辐照注量率对
单粒子效应的影响研究。实验使用的离子种类为：Ni、Kr 和 Bi，覆盖 LET 值范 围 10.1 - 99.8 MeV∙cm2/mg，实验注量率变化范围 10 - 105 ions/(cm2∙s)。测试器件
采用多种工艺形式、多种加固方式，工艺节点覆盖 0.5 μm – 65 nm。分别研究了
束流参数如注量率变化范围、入射离子 LET 值、入射离子倾斜角度等对注量率
在单粒子效应中的影响，不同器件结构如不同加固方式在高注量率下的失效模式，
不同注量率条件对传统错误率预估方法产生的影响等。同时结合软件模拟计算，
深入分析注量率效应的内在物理过程和机制。使用 Geant4、TCAD 等软件模拟仿
真重离子在器件内的电荷激发、收集过程，获得激发电荷在测试器件内灵敏区空
间分布和时间分布，对注量率效应的实验结果进行解释。
得到的主要研究结果如下：
1) 实验获得了影响单粒子效应的注量率变化范围。在不同的注量率范围内，
注量率对器件的单粒子效应的影响不一样，注量率变化范围对单粒子效应敏感性 造成影响。由实验表明，当离子辐照注量率大于 1×103 ions/(cm2∙s)时，器件的
注量率效应开始显现，对于大多数器件而言，单粒子翻转截面开始随注量率的增 加而增大。当注量率小于 1×103 ions/(cm2∙s)时，单粒子效应对注量率不敏感。
由理论计算分析得知，注量率效应起因为两个或多个离子引起的关联效应。只有当注量率足够大时，两个或多个离子出现关联性的概率才开始增大，注量率效应
才开始显现。
2) 注量率效应与待测器件结构相关。不同的器件结构具有不一样的注量率
效应敏感性。一般而言，加固器件的单粒子翻转截面远低于同工艺未加固器件，
但随着注量率增大，加固器件的单粒子翻转截面变化要比未加固器件大。对于体
硅未加固SRAM而言，其多位翻转的翻转位组成占比随注量率变化而发生改变，
高于 3 位的多位翻转开始增多。结合理论模拟仿真结果，分析了不同结构器件的
单粒子效应特点，及其在高注量率下单粒子效应失效模式。
3) 入射离子 LET 值大小影响注量率效应。入射离子 LET 值对单粒子效应注
量率敏感性有显著的影响。实验测试结果显示当入射离子 LET 值增大时，器件
的注量率效应敏感性增大。由 GEANT4 理论模拟计算实验所用的离子参数，得
到离子入射后的激发电荷分布。随着入射离子 LET 增大，其激发电荷分布范围
更广，激发电荷密度更大，注量率效应变得更显著。
本文还研究了微通道板离子注量探测器，微通道板探测器是现代新兴的一种
注量探测器，具有时间响应快、电子增益大、探测噪声小等优点。研究了微通道
板单粒子效应实验注量探测器的制备问题，研究了探测器的结构构造，以及不同
构造结构对探测器性能的影响。测试了微通道板探测器的性能，得到探测器的信
号幅度为 250 mV，信号宽度为 25 ns，该信号指标满足了探测器设计要求，可
工作在 1 MHz 计数率下。结合理论模拟对探测器的探测性能进行理论分析，对
探测器探测机制进行了理论摸索。