1.2 辐射环境

在描述辐射环境或试验用粒子束时，通常会用到两个术语^[22]：通量和注量，其中通量表示单位时间内辐射或粒子穿过单位面积的流量，注量表示单位面积上的粒子注入数或能量。

空间辐射主要是宇宙射线的初级和次级产物。宇宙射线包括银河宇宙射线和太阳高能粒子^{[10，17，23]}，银河宇宙射线来源于太阳系以外银河的高能强电离粒子^[17，23]，主要包含 98%的质子和重离子及 2%的正负电子，能量从几十兆电子伏特到 1000亿电子伏特，通量为（2～4） cm^-2 s^{-1 [16]}。由于宇宙射线是带电粒子和地磁场作用的产物，因此会在地球周围形成范·艾伦辐射带，空间辐射环境示意图如图 1.2 所示。高能重离子，尤其是最值得注意的铁离子^[15，22]，其强度较高、能量较大，具有很高的线性能量转移（Linear Energy Transfer，LET）和很强的穿透性，可穿透航天器的所有部分，并在穿行过程中沉积大量能量，损伤能力非常强。

图1.2 空间辐射环境示意图

太阳高能粒子是太阳耀斑发出的高能带电粒子流^[17]，大部分是质子，还有少量的电子和重离子（从 He 到 U），能量从几十兆电子伏特到几千兆电子伏特。具有一定能量的宇宙射线带电粒子会克服地磁场的屏蔽作用^[10，23]，射入足够低的地球空间，在入射过程中，与大气中的N、O等的原子核发生核裂变反应，产生大量轻粒子^[24]，包括中微子、光子、电子、μ 介子、π 介子、质子和中子等，次级粒子生成过程示意图如图1.3所示^[16，24]。这些初级和次级粒子形成复杂的空间辐射环境。在所有这些次级粒子中，中子是影响现代电子学地面敏感性的自然辐射中的最重要部分，原因是中子不带电，可深入穿透半导体材料，通过核反应，与靶材料的原子发生相互作用，产生次级电离颗粒，这种机制被称为“间接电离”。

地面辐射环境主要由半导体器件在加工过程中引入的高能粒子形成^[19]，如放射性杂质发出的α粒子及离子注入、电子束、干法刻蚀等工艺技术引入的高能粒子等。有些封装材料中的少量放射性元素也可能诱发芯片发生辐射效应。除此之外，还有核动力和核爆炸产生的核辐射环境，详细内容可以参考相关的文献^[15-16]，这里不再赘述。

图1.3 次级粒子生成过程示意图