核反応モデルが中性子起因のソフトエラー発生率解析へ及ぼす影響

Impact of nuclear reaction models on neutron-induced soft error rate analysis

安部 晋一郎   

Abe, Shinichiro

地上における電子機器の誤動作現象として、二次宇宙線中性子に起因する半導体のソフトエラーの影響が問題視されており、シミュレーションによるソフトエラー発生率(SER: Soft Error Rate)評価の高精度化が求められている。本研究では、マルチスケールモンテカルロシミュレーション手法PHYSERDを用いたSER計算を行い、核反応モデルの選択がSER評価へ大きく影響することを実証した。また、核反応モデルの精度検証の結果より、SER評価に推奨される核反応モデルを明示した。ただし、PHYSERDは電荷収集過程を詳細に解析できる一方、長時間の計算を要する。短時間で実施可能な手法として、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概算するSVモデルがある。そこで、PHITSと多重SVモデルを用いた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を行った。その結果、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。以上の成果について、ソフトエラーに関する勉強会の依頼により、報告する。

Terrestrial neutron-induced soft error rate (SER) analyses are performed by means of multi-scale Monte Carlo simulation with different nuclear reaction models used in PHYSERD. It is clarified that a choice of nuclear reaction models has a great effect on the SER prediction. Through validation of the nuclear reaction models, the most suitable nuclear reaction models for the soft error simulation are presented. Next, neutron-induced soft error 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 volume (SSV) model using the PHITS code. 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.