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空间辐射环境中大量存在的高能质子能使卫星中的微电子器件发生单粒子效应,严重影响器件的工作稳定性。因此,预估星用器件的质子单粒子效应截面、计算其空间错误率对保障卫星的在轨安全运行具有重要意义。目前常用的半经验公式预估方法在很多情况下计算精度不高。为了提高质子单粒子效应截面及空间错误率预估精度、满足宇航工程需求,本文进行了以下几项研究工作。首先,建立了预估微电子器件质子单粒子效应截面的计算机模拟程序PRESTAGE。PRESTAGE由重离子测试数据计算得到器件灵敏体积内不同位置的临界电荷。利用蒙特卡罗软件包Geant4, PRESTAGE仿真地模拟质子与器件材料发生的电离激发、弹性与非弹性碰撞、核裂变等物理相互作用,计算所有带电离子在灵敏体积内产生的电荷,并通过与临界电荷的对比判断单粒子效应的发生。与半经验公式法相比,PRESTAGE对灵敏体积和物理过程的描述更为复杂和全面,从而能够更真实地模拟质子单粒子效应发生的物理机制。对20余款器件的计算结果表明,在预估质子非直接电离引起单粒子翻转截面时,使用PRESTAGE可以得到更高的预估精度。而且PRESTAGE还能计算半经验公式法无法计算的质子直接电离和单粒子闩锁效应。大多数情况下,PRESTAGE计算结果与实验数据间的误差在2-3倍以内。其次,研究了PRESTAGE计算结果对输入参数变化的敏感性。在考察某一输入参数的影响时,保持其它输入参数不变,改变该参数的值并观察PRESTAGE计算结果的变化趋势。研究结果表明,在计算质子直接电离引起的单粒子效应时,计算截面随灵敏体积及钝化层厚度这两个输入参数的变化有较为明显的改变。在计算质子核反应引起的单粒子效应时,PRESTAGE计算结果对器件钝化层厚度的改变并不敏感。在0.05～2μm的灵敏体积厚度变化范围内,PRESTAGE计算的截面值基本保持不变,在其它范围内计算截面随灵敏体积厚度的增加而减小。这些研究结果对PRESTAGE的工程应用具有重要的参考价值。最后,利用PRESTAGE预估了VATA160芯片的质子单粒子闩锁空间错误率作为PRESTAGE在实际工程中的应用,预估了暗物质粒子探测卫星核心微电子器件VATA160的单粒子闩锁空间错误率。预估的太阳活动平静年平均在轨错误率约为2×10-5/de vice/day,太阳丰年恶劣情况下的空间错误率比平均情况下高约1～3个数量级。暗物质卫星探测器上使用了32只VATA160芯片,且需要在太空中运行至少3年的时间,该预估结果说明质子单粒子闩锁引起的器件异常不容忽视,在探测器电子学系统中应当引入快速响应的单粒子闩锁保护电路以保障卫星科学目标的完成。PRESTAGE利用Geant4和重离子测试数据仿真地模拟质子单粒子效应发生机制,从而在效应截面预估精度上较半经验公式法有了一定提高。其对VATA160芯片空间错误率的计算结果为暗物质粒子探测卫星项目中器件的抗辐射评估提供了重要的理论依据。