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基于重离子加速器的地面模拟试验是单粒子效应研究的主要方法之一。然而随着微电子技术的发展，先进工艺半导体器件中的单粒子效应越来越严重，也表现出新现象和新特点，给地面加速器模拟试验方法带来新的挑战。本文利用兰州重离子加速器提供的高能重离子和丰富的离子种类，开展多种束流参数和器件参数对单粒子效应的影响分析研究，同时结合反向工程技术和模拟计算工具深入分析内在物理过程和机理，旨在弥补地面加速器模拟试验技术规范和支撑数据的不足，为地面加速器模拟试验提供指导和参考，同时研究纳米器件单粒子效应测试中可能面对的新挑战。 本文使用的离子种类包括初始能量为7MeV/u的C离子、25MeV/u的Ar离子、25MeV/u的Kr离子、3.7MeV/u的Sn离子、9.5MeV/u的Bi离子等。测试器件包括商业级、军品级、宇航级的体硅和SOISRAM。研究内容包括束流参数如离子LET值、倾角、有效LET值方法、方位角、射程、注量率等和器件参数如供电电压、EDAC电路加固方法、超薄灵敏硅层等对单粒子效应敏感性的影响以及对传统错误率预测方法的挑战。使用芯片反向分析技术获得测试器件内部结构信息如多层金属布线厚度和成份、灵敏区空间分布等，用于实验结果的解释和器件模型的建立。使用TRIM、Geant4、MRED等软件计算重离子在灵敏区的沉积能量分布和径迹结构，结合CREME96计算得到的空间特定轨道的重离子能谱和LET谱，对实验结果进行深入分析和讨论。得到的主要研究结果如下: 1)多位翻转的离子LET值和角度依赖。高LET值或大角度入射离子导致SRAM器件的多位翻转率迅速增大，甚至成为主要的单粒子翻转类型。LET值为100MeV/(mg/cm2)的垂直入射离子产生的多位翻转所占比例高达71％;单个离子径迹中的电荷可以沿着径向扩散五个微米左右引起多位翻转。由于测试器件灵敏区的各向异性空间布局，位线接触点的纵向隔离导致横向型成为主要的两位翻转图形。“L”型和“田”型分别是主要的三位翻转和四位翻转图形，可以归因子两种图形的尺寸最小且测试器件以包含四个存储单元的存储胞为单位周期排列。多位翻转图形同样受离子入射方向的影响，表现出“径迹朝向”特征。SRAM抗多位翻转的加固设计应结合器件灵敏区的空间分布，并考虑大角度入射离子的影响。 2)有效LET方法的适用性。灵敏区的高长比和tan（θ）两个因素共同影响使用有效LET值方法测得单粒子翻转截面的准确性。为了避免边缘效应的影响，有效LET值方法仅适用于具有较薄灵敏区的器件，且倾角角度应小于60°。具有相同有效LET值的垂直入射离子和倾角入射离子在SRAM器件中产生的单粒子翻转截面、多位翻转率和主要两位翻转图形出现不同。差别大小与离子LET值和测试器件有关。地面加速器模拟试验中，应有选择性地使用有效LET方法，尤其避免在多位翻转敏感器件中使用。 3)方位角效应。入射离子方位角对SRAM器件中的单粒子翻转截面和多位翻转有显著的影响。具有相同有效LET值（即相同倾角角度），不同方位角的入射离子在DICE-SRAM中产生的单粒子翻转截面相差24.5％到50％。DICE-SRAM的单粒子翻转截面表现出明显的角度依赖。方位角效应同样表现在多位翻转图形结果中。对于具有相同有效LET值，不同方位角的入射离子，主要三位翻转和四位翻转图形是一样的，分别为“L”型和“田”型。但是，两位翻转和四位翻转图形表现离子径迹朝向。离子径迹方向和器件布局是影响多位翻转图形分布的两个重要参数。地面加速器测试中，应该考虑方位角效应，尤其对于各向异性器件;应结合测试器件的空间布局，寻找单粒子效应“最坏”情况，准确评估元器件单粒子效应敏感性。 4)临界射程。体硅SRAM器件的单粒子翻转截面在射程为60μm处出现异常下降（与Weibull曲线不符合）;而SOISRAM器件的临界射程似乎在26μm到40μm之间，与多层金属布线层的厚度和离子LET值有关。相比于体硅器件，SOI器件由于BOX层的电隔离，灵敏区不能通过扩散过程收集衬底中的电荷，因此具有更薄的灵敏区。此外，MRED模拟计算结果表明，具有相同LET值，不同射程的入射离子（位于布拉格峰的两侧）在灵敏区中的沉积能量分布表现出很大的不同。布拉格峰在器件中的垂直位置是决定灵敏区收集电荷大小的一个重要参数。 5)供电电压对SRAM器件单粒子翻转敏感性的影响。一方面，漏极偏压的降低导致漏极/阱耗尽区区域变小，电场强度减弱。相同的离子入射条件下产生的漏极电流脉冲幅度降低，总收集电荷减少;另一方面，栅极电压的降低导致存储一个“1”或“0”状态所使用的电荷量减少，从而更容易受单粒子瞬态扰动的影响。上述两种相互“竞争”的作用机制共同影响电压对单粒子翻转敏感性的作用。在不同类型的器件中，两者的“净”作用不同。 6)EDAC电路加固措施将SRAM器件单粒子翻转截面降低两个数量级。由于未采取刷新措施，多个离子产生的错误累积效应是EDAC加固措施失效的主要原因。EDAC、交错架构和刷新措施的配合使用是必要且十分有效的单粒子翻转加固措施。 7)超薄灵敏硅层中的能量损失歧离。具有相同能量的同种离子在超薄灵敏硅层中的沉积能量表现出较宽的分布。能量损失歧离的大小与硅层厚度、离子种类和能量相关。硅层越薄，能量损失的绝对歧离越小，而相对歧离越大。当硅层厚度小于50nm时，相对歧离迅速增大，并且超过±10％。超薄灵敏硅层中的能量损失歧离导致离子实际LET值的不确定性增大，进而引起传统的σ-LET曲线形状发生改变。单粒子翻转截面在亚LET阈值区域出现长“尾巴”，导致LET阈值的降低和在轨错误率的增大。传统错误率预测方法受到很大的挑战。