Negative and positive muon-induced single event upsets in 65-nm UTBB SOI SRAMs

65-nm UTBB SOI SRAMにおける正ミューオンおよび負ミューオン起因シングルイベントアップセット

真鍋 征也*; 渡辺 幸信*; Liao, W.*; 橋本 昌宜*; 中野 敬太*; 佐藤 光流*; 金 政浩*; 安部 晋一郎   ; 濱田 幸司*; 反保 元伸*; 三宅 康博*

Manabe, Seiya*; Watanabe, Yukinobu*; Liao, W.*; Hashimoto, Masanori*; Nakano, Keita*; Sato, Hikaru*; Kin, Tadahiro*; Abe, Shinichiro; Hamada, Koji*; Tampo, Motonobu*; Miyake, Yasuhiro*

近年、半導体デバイスの放射線耐性の低下に伴い、二次宇宙線ミューオンに起因する電子機器の誤動作現象が注目されている。本研究では、J-PARCにおいて半導体デバイスの設計ルール65nmを持つUTBB-SOI SRAMへミューオンを照射し、シングルイベントアップセット(SEU: Single Event Upset)断面積のミューエネルギーおよび供給電圧に対する依存性を明らかにした。実験の結果、ミューオンの照射エネルギーが35MeV/cから39MeV/cの範囲では、正ミューオンに比べて負ミューオンによるSEU断面積が2倍から4倍程度高い値となった。続いて、供給電圧を変化させて38MeV/cのミューオンを照射したところ、電圧の上昇に伴いSEU断面積は減少するが、負ミューオンによるSEU断面積の減少幅は、正ミューオンと比べて緩やかであることを明らかにした。さらに、PHITSを用いて38MeV/cの正負ミューオン照射実験を模擬した解析を行い、負ミューオン捕獲反応によって生成される二次イオンが、正負ミューオンによるSEU断面積のミューエネルギーおよび供給電圧に対する傾向の差異の主因となることが判った。

Recently, the malfunction of microelectronics caused by secondary cosmic-ray muon is concerned as semiconductor devices become sensitive to radiation. In this study, we have performed muon irradiation testing for 65-nm ultra-thin body and thin buried oxide (UTBB-SOI) SRAMs in the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), in order to investigate dependencies of single event upset (SEU) cross section on incident muon momentum and supply voltage. It was found that the SEU cross section by negative muon are approximately two to four times larger than those by positive muon in the momentum range from 35 MeV/c to 39 MeV/c. The supply voltage dependence of muon-induced SEU cross section was measured with the momentum of 38 MeV/c. SEU cross sections decrease with increasing supply voltage, but the decreasing of SEU cross section by negative muon is gentler than that by positive muon. Experimental data of positive and negative muon irradiation with the momentum of 38 MeV/c were analyzed by PHITS. It was clarified that the negative muon capture causes the difference between the SEU cross section by negative muon and that by positive muon.