COTS器件辐射环境选用指南

2019年8月，NASA与JPL喷气动力实验室发布了《Guidelinefor the Selection of COTS Electronic Parts in Radiation Environments》。

该指南不是提供了关于辐射效应的学术研究论述，而是为工程师提供相关COTS器件选用建议和措施。指南给出了相关型号的FPGA、存储器、模拟电路等器件的辐射效应敏感程度、缓解措施以及相关器件的选用和使用推荐，以此希望将辐射效应风险降至最低，以此促进空间飞行任务对COTS器件的使用。

按照电子元器件的质量等级简单可以分为：宇航级、军工级、工业级、商业级，而 COTS器件一般是指工业级或商业级的电子器件。由于宇航级、军工级器件生产周期长、批量小、价格昂贵，使 COTS 器件受到航天领域的广泛关注。

商用现货（COTS）器件具有更高性能、更短交货时间、更低成本和更低功耗等特点，将COTS器件纳入飞行电子产品，运用最先进的电子学来制造高可靠性飞行系统对于保障JPL任务成功至关重要。

尽管COTS器件优势明显，但由于COTS器件制造商并未按照军工/宇航筛选和鉴定的标准和流程对其进行质量和可靠性彻底评估，导致这些器件能否适用于宇航环境是一项严峻的挑战。针对这一现状，JPL采取针对性的鉴定试验评估COST器件适用不同的任务要求及风险状况，确保使用的COTS器能满足预期任务要求及应用风险可控，最大程度地保障COTS产品的技术先进性运用在电子设备。

同时，辐射敏感程度是COTS电子器件空间应用必须考虑的关键风险因素之一，因为COTS器件自身不是为抗辐射设计的。

主要的空间辐射效应包括电离总剂量效应（TID）、单粒子效应（SEE）、位移损伤效应（DD）等。

总剂量效应（TID）属于累积效应。半导体器件长期处于空间辐射环境下，辐射效应会逐渐改变其电流、电压门限值、转换时间等特性，从而导致性能漂移或者功能衰退，严重时会完全失效。

单粒子效应（SEE）属于瞬态效应。空间辐射环境下的单个高能粒子入射到半导体器件时会产生高密度的电子空穴对，并被器件的反偏 PN 结所吸收，从而导致半导体器件的电路逻辑状态发生瞬态扰动甚至永久性损伤。最常见的单粒子效应包括单粒子翻转（SEU）和单粒子锁定(SEL)。

位移损伤效应（DD）是指高能粒子导致半导体器件内部的原子离开了原始晶格位置，使原始晶格位置成为空位，形成Frenkel defect缺陷，从而改变原有的电学结构和性能。位移损伤主要对光电器件影响较大，而对于 MOS 器件影响较小。位移损伤效应的程度与辐射的强度、时间谱和能量谱的分布有关。