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PHITSと多重有感領域モデルを用いたソフトエラー発生率解析

Soft error rate analysis based on the multiple sensitive volume model using PHITS code

安部 晋一郎; 佐藤 達彦

Abe, Shinichiro; Sato, Tatsuhiko

放射線により半導体デバイスに付与された電荷がある閾値以上で記憶ノードに収集された場合、機器に誤動作が生じる。この現象はソフトエラーと呼ばれ、地上では二次宇宙線中性子が主因の一つとなっている。機器の誤動作は人的・経済的被害に繋がる恐れがあるため、半導体デバイスの設計段階でソフトエラー発生率(SER: Soft Error Rate)を評価することが重要となる。過去に構築したマルチスケールモンテカルロシミュレーション手法PHYSERDは、電荷収集過程を詳細に解析できるが長時間の計算を要する。一方、半導体デバイス内に定義した有感領域(SV: Sensitive Volume)への付与電荷量から収集電荷量を算出するSVモデル等を用いた場合、計算時間を短縮できる。本研究では、PHITSと多重SVモデルを用いた二次宇宙線中性子起因SER計算を実施し、PHYSERDおよび単純SVモデルによる結果と比較検証した。その結果、多重SVモデルによるSER概算値はPHYSERDの結果とよい一致を示した。また中性子入射イベント毎の収集電荷量を比較し、多重SVモデルを用いて電荷収集効率の位置依存性を考慮することがSER概算精度の向上に繋がることを実証した。

Neutron-induced soft error in a NMOSFET is analyzed based on the multiple sensitive volume (MSV) model using the PHITS code. The result is compared with those obtained by PHYSERD based on event-by-event TCAD simulation and by simple sensitive vollume (SSV) model using the PHITS code. The SER calculated by PHITS-MSV is in good agreement with the SER obtained by PHYSERD. From the comparisons of the collected charges between TCAD simulation and SV model calculations for each single event, it is found that the accuracy of the SER calculation based on the MSV model is improved by considering the spatial dependence of the charge collection efficiency.

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