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宇航集成电路的单粒子效应随着工艺进步而日趋严重,研究单粒子效应仿真方法对于促进宇航集成电路设计优化、改进单粒子效应实验方法以及提高宇航集成电路评估充分性具有重要意义。本文基于Gds2mesh、Genius、Design Compiler、Finesim等仿真工具将器件级仿真和晶体管级仿真相结合开展了单粒子效应的仿真研究工作。主要研究工作和成果如下:1、基于Cogenda一整套先进的单粒子仿真工具构建单粒子效应器件级仿真方法,详细阐述了版图绘制、器件建模、高能粒子输运仿真、器件级仿真的实施细节。使用Gds2mesh构建了130nm NMOS三维器件模型并进行初始状态仿真,利用Genius仿真获得了复杂条件（LET、温度、入射位置、漏极偏置、入射角度、粒子种类和能量）影响下的单粒子瞬态电流,详细分析了复杂条件下瞬态电流产生差异的原因,获得了每种条件的最劣情况分别是:LET（100MeV·cm2/mg）、温度（423K）、入射位置（1.27μm）、漏极偏置（1.8V）、入射角度（60°）。将LET之外的其它条件设置为最劣情况,仿真获得了不同LET条件下的最劣单粒子瞬态电流。2、对四参数Weibull函数模型进行了推导,推导结果表明:通过对Weibull函数四个参数t0、a、b、c的设定,就能够唯一确定电流脉冲的峰值、宽度和变化趋势。使用1stOpt软件并基于四参数Weibull函数和双指数函数对不同LET条件下的最劣单粒子瞬态电流进行拟合,基于四参数Weibull函数拟合的脉冲峰值和脉冲半高宽平均误差分别为4.13%和11.68%,基于双指数函数拟合的脉冲峰值和脉冲半高宽平均误差高达42.91%和330.64%,拟合结果表明四参数Weibull函数的拟合准确性更高,获得了不同LET条件下参数a、b、c的具体数值,并通过数值拟合的方法构建了由LET值唯一决定的最劣单粒子瞬态电流数学解析模型。基于Verilog-A语言和PWL两种方法将解析模型实现为可用于晶体管级仿真的故障注入模型。3、从晶体管级和器件级两个层面针对SRAM六管单元进行单粒子效应仿真,晶体管级仿真获得的SRAM翻转阈值在0.5450.548MeV·cm2/mg之间,与文献报道的实验结果为0.5MeV·cm2/mg相近,相差小于10%。使用Gds2mesh构建SRAM六管单元全物理模型并使用Genius进行器件级仿真,仿真获得SRAM翻转阈值在0.560.58MeV·cm2/mg之间。晶体管级仿真与器件级仿真、实验结果一致性较好,表明所构建的故障注入模型准确性较高。详细研究了十管单元电路、DICE单元电路以及ROCK单元电路的抗辐射加固机理,并通过仿真的手段验证及对比了三种电路的加固效果。仿真结果表明:（1）在130nm体硅CMOS工艺下,十管单元电路、DICE单元电路以及ROCK单元电路均能达到抗辐射加固的效果。（2）三种存储单元加固电路中,ROCK单元抗辐射加固效果最好,DICE单元次之,而十管单元抗辐射加固效果最差。4、基于对单粒子敏感节点提取技术和单粒子随机故障注入技术的研究,构建了支持规模集成电路的单粒子效应晶体管级仿真方法,可以实现在随机的时间选取随机的敏感节点注入数量可配置的故障电流源,并且故障电流源的峰值与脉宽在一定范围内随机。基于对故障注入模型和晶体管级仿真方法的研究,开展了典型电路（16位乘法器,规模大约为6000个晶体管）的单粒子效应晶体管级仿真工作。仿真结果表明:（1）针对SUM信号和CO信号故障注入产生的错误个数随LET值近似线性变化,并且SUM信号的单粒子敏感性强于CO信号。（2）关键路径容易受到单粒子的影响而产生功能和时序错误。（3）单粒子对乘法器造成的错误个数随频率的增加而增加。（4）当输入信号依次为16’H0000、16’H000F、16’H00FF、16’H0FFF、16’HFFFF时,乘法器受单粒子影响发生错误的个数依次增加。上述仿真结果符合单粒子与电路的作用规律,表明本文构建的故障注入模型和仿真方法是可行的。