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論文

Heavy-ion induced current through an oxide layer

高橋 芳浩*; 大木 隆弘*; 長澤 賢治*; 中嶋 康人*; 川鍋 龍*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 三島 健太; 河野 勝康*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 260(1), p.309 - 313, 2007/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.54(Instruments & Instrumentation)

Si基板上にAlゲートp-MOSFETを作製し、TIARAの重イオンマイクロビームシステムを使用して重イオン照射を行い、照射誘起過渡電流の測定を行った。その結果、ゲート端子における過渡電流は、照射中負のゲート電圧を印加した状態でのみ観測されることがわかった。また、ソース・ドレイン電極を接地(基板と同電位)してゲート領域に重イオンを照射した場合、ピーク値の異なる正・負の電流が観測され、その積分値は照射後100ns程度でほぼ0となることがわかった。本誘起電流が伝導電流によるものであれば、正方向の電流のみが観測されることが予想される。よって本測定結果より、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流に由来すると帰結できる。また測定結果は、酸化膜を完全絶縁体と仮定した計算により再現できることが確認できた。

論文

Optimization for SEU/SET immunity on 0.15 $$mu$$m fully depleted CMOS/SOI digital logic devices

槇原 亜紀子*; 浅井 弘彰*; 土屋 義久*; 天野 幸男*; 緑川 正彦*; 新藤 浩之*; 久保山 智司*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 中嶋 康人*; et al.

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.95 - 98, 2006/10

RHBD(Radiation Hardness by Design)技術を用いてSEU(Single Event Upset)/SET(Single Event Transient)対策ロジックセルを、沖電気の完全空乏型0.15$$mu$$m CMOS/SOI民生プロセスを用いて設計し、製造したサンプルデバイスの放射線評価を実施した。SETフリーインバータと呼ばれるSET対策付きインバータ構造を有するロジックセルは、非常に優れたSET耐性を示すが、面積・動作スピード・消費電力のペナルティも大きいため、本研究では、最低限の耐性を維持しつつペナルティを低減するための設計の最適化をMixedモードのTCAD(Technology Computer Aided Design)シミュレータを用いて行った。その結果、LET(Linear Energy Transfar)が64MeV/(mg/cm$$^2$$)までは、本研究により最適化されたロジックセルが宇宙用として有用であることを示した。

論文

Charge collected in Si MOS capacitors and SOI devices p$$^{+}$$n diodes due to heavy ion irradiation

平尾 敏雄; Laird, J. S.; 小野田 忍; 芝田 利彦*; 若狭 剛史; 山川 猛; 阿部 浩之; 高橋 芳浩*; 大西 一功*; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.105 - 109, 2004/10

SOI半導体素子のシングルイベント耐性を検証するため、SOIの代わりに構造の単純なMOSキャパシタを用い、シングルイベント過渡電流波形の測定を実施した。得られた過渡電流波形を積分して求めた収集電荷量とシュミレーションを用いて計算した収集電荷量の比較から、過渡電流が変位電流に起因することを突き止めた。

論文

Heavy-ion induced current in MOS structure

高橋 芳浩*; 芝田 利彦*; 村瀬 祐児*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 神谷 富裕

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.111 - 114, 2004/10

MOSデバイスに重イオンが入射した時に誘起する電流について探求した。酸化膜厚50$$sim$$200nmのMOSキャパシタに18MeV酸素イオンまたは150MeVアルゴンイオンを照射し、発生する過渡電流をTIBICシステムにて測定した。MOSキャパシタで誘起する過渡電流について計算機シミュレーションを行った。その結果、MOSキャパシタに重イオンが入射した時に生じる過渡電流は、イオントラック領域から移動した電荷によってゲート直下の表面電位が変化し、これに伴い発生する変位電流が要因であることが判明した。

論文

Consideration to reliability of laser testing for evaluating SEU tolerance

阿部 哲男*; 大西 一功*; 高橋 芳浩*; 平尾 敏雄

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.157 - 160, 2004/10

シングルイベントアップセット(SEU)耐性をレーザ試験により簡便に評価することは、進展が早く多種である民生デバイスの耐性評価にとって有用である。本報告では、メモリ素子であるSRAMに対する重イオン照射試験を実施し、照射粒子数が比較的少ない条件でSEU反転断面積を求める方法を検討するとともに、その試験結果とレーザ試験との相関を得た。

論文

Radiation-induced trapped charge in metal-nitride-oxide-semiconductor structure

高橋 芳浩*; 大西 一功*; 藤巻 武*; 吉川 正人

IEEE Transactions on Nuclear Science, 46(6), p.1578 - 1585, 1999/12

 被引用回数:23 パーセンタイル:15.51(Engineering, Electrical & Electronic)

金属/窒化膜/酸化膜/半導体(MNOS)構造が有する高い耐放射線性の原因を明らかにするため、照射前後での積層絶縁層中の捕獲電荷量分布を、絶縁層を斜めにエッチングする手法を用いて調べた。その結果、照射前では、窒化膜/酸化膜界面と酸化膜/Si基板界面に多量の電荷が分布していることがわかった。このMNOS構造に極性の異なる電圧を印加しながら$$^{60}$$Co$$gamma$$線を照射した。正電圧を印加して照射した試料では、窒化膜/酸化膜界面に電子が蓄積されるが、負電圧を印加して照射した試料では、窒化膜/酸化膜界面に正孔が蓄積されることがわかった。一方、酸化膜/半導体界面の電荷量の変化はMOS構造の結果と一致した。これらのことから、MNOS構造とMOS構造の照射効果の相違は、おもに窒化物/酸化膜界面の電荷量とその極性によって説明できることがわかった。

論文

SOI構造における重イオン誘起電荷の測定

平尾 敏雄; 塩野 登*; 穴山 汎*; 梨山 勇; 松田 純夫*; 根本 規生*; 大西 一功*

SDM97-194, p.57 - 63, 1998/02

半導体素子に高エネルギーを持ったイオンが入射した時に、そのイオンの飛跡に沿って電荷が発生することは、良く知られている。宇宙環境で使用される半導体素子の放射線の影響の一つとして、シングルイベント現象があり、その発生原因として、イオンの入射に伴い発生した電荷が注目されている。我々は、シングルイベント現象のメカニズムの解明を目指し、重イオンマイクロビームを用いて入射イオンと収集される電荷量との関係を求める実験を行っている。今回は、耐放射線性素子として注目されているSOI(Silicon on Insulator)素子に、炭素及び酸素の重イオンマイクロビームを入射して、シングルイベント過渡電流の測定を行い、収集される電荷量を求めた。本発表では、これらの結果について報告を行う。

論文

炭化けい素半導体MOS構造の$$gamma$$線照射効果とそのメカニズム

吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳宏*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*

電子情報通信学会論文誌,C-II, 81(1), p.140 - 150, 1998/01

宇宙環境で使用される半導体素子には、高温での素子動作ばかりでなく強い耐放射線性が要求される。今回我々は、広いバンドギャップを持つ6H-SiCを用いて作製したMOS構造素子の$$gamma$$線照射効果を調べた。また酸化膜中の電荷分布の照射による変化も併せて調べ、$$gamma$$線照射効果のメカニズムを追求した。その結果、酸化膜中に存在する正及び負の電荷が、$$gamma$$線照射により増大するが、その量は酸化膜を作製する6H-SiCの面方位に強く依存することが分かった。$$gamma$$線照射した6H-SiC MOS構造のC-V特性の横方向シフトは、酸化膜中の正と負の電荷の発生量と発生位置に依存するため、Si MOS構造のような照射による一定の規則性は存在しないことがわかった。

論文

Effects of $$gamma$$-ray irradiation on the electrical characteristics of SiC metal-oxide-semiconductor structures

吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳浩*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*

Electronics and Communication in Japan., Part2, 81(10), p.37 - 47, 1998/00

宇宙環境や原子炉近傍で使用される半導体素子には、高温雰囲気での安定な動作ばかりでなく、強い耐放射線性が要求される。今回SiC半導体材料の中でも最も一般的な6H-SiCを用いて半導体素子の基礎構造であるMOS構造を作製し、その電気特性の吸収線量依存性を調べるとともに、その吸収線量依存性のメカニズムを酸化膜中固定電荷の深さ方向分布を用いて追求した。その結果シリコン面上のMOS構造のC-V特性の$$gamma$$線照射による変化は、Si MOS構造のそれと類似しているが、カーボン面上のその変化は、大きく異なることがわかった。酸化膜中固定電荷の深さ方向分布を用いてこの結果を調べたところ、C-V特性の横方向シフトが酸化膜中に存在する正及び負の電荷の量と位置の変化により生じていることが分かった。

論文

Generation mechanisms of trapped charges in oxide layers of 6H-SiC MOS structures irradiated with $$gamma$$-rays

吉川 正人; 斉藤 一成*; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 高橋 芳裕*; 大西 一功*; 奥村 元*; 吉田 貞史*

Mater. Sci. Forum, 264-268, p.1017 - 1020, 1998/00

+10V及び-10Vの電圧を印加しながら照射した傾斜酸化膜を用いて6H-SiC MOS構造を形成し、照射による酸化膜中の固定電荷の深さ方向分布の変化を調べた。未照射の酸化膜中には、SiO$$_{2}$$/6H-SiC界面に負の、その界面から40nm離れた所には正の固定電荷が存在することがわかっているが、+10Vの電圧を印加しながら照射すると、正の固定電荷は界面にしだいに近づき、界面の負の固定電荷と重なって電気的に中性になることがわかった。一方、-10Vの電圧を加えながら照射すると、界面の負の固定電荷は増加し、正電荷は消滅した。酸化膜中の固定電荷分布は照射中に印加される電圧の極性に大きく依存することがわかった。

論文

Depth profile of trapped charges in oxide layer of 6H-SiC metal-oxide-semiconductor structures

吉川 正人; 斉藤 一成*; 大島 武; 伊藤 久義; 梨山 勇; 吉田 貞史*; 奥村 元*; 高橋 芳博*; 大西 一功*

Journal of Applied Physics, 80(1), p.282 - 287, 1996/07

 被引用回数:22 パーセンタイル:28.27(Physics, Applied)

希釈したフッ酸中でのエッチング時間を変えることにより、斜めにエッチングした酸化膜を、6H-SiC基板上に作製し、それを用いて6H-SiC MOS構造を形成した。酸化膜の関数として、ミッドギャップ条件に対応するゲート電圧の変化を調べるために、高周波C-V特性の測定を行った。その結果、負電荷が6H-SiC/SiO$$_{2}$$界面近傍に蓄積し、正電荷が界面から40nmの領域に発生することがわかった。6H-SiCのカーボン面及びシリコン面上の固定電荷の深さ方向分布を調べたが、特別な違いは認められなかった。これらトラップ電荷の原因が、酸化膜中のカーボン関連の化合物の存在と合せて議論された。

報告書

シリコン窒化膜の$$gamma$$線照射による電子-正孔対発生量評価およびMNOS構造の電荷捕獲現象の解析

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 小松 茂*; 吉川 正人

JAERI-Research 95-090, 40 Pages, 1996/01

JAERI-Research-95-090.pdf:1.41MB

シリコン窒化膜中で放射線照射により発生する電子-正孔対の発生数を評価する目的で照射中の絶縁膜電流測定システムの構築を行い、その測定結果を検討した。大気中での$$gamma$$線照射下での電流を測定した結果、観測電流の大部分は被測定素子近傍の大気の電離に起因することがわかり、照射雰囲気を減圧下にする必要のあることがわかった。真空中においてX線照射による誘起電流を測定した結果、シリコン窒化膜中での電荷発生量の評価が可能となり、その値はシリコン酸化膜中での発生量のほぼ20%であることがわかった。この結果を用いてシリコン酸化膜・窒化膜を絶縁膜としたMIS構造(MNOS構造)の絶縁膜中の電荷発生、捕獲に対するモデルを提案し、$$gamma$$線照射によるミッドギャップ電圧の変化について評価し、照射中の電荷捕獲機構について検討を行った。

論文

NH$$_{3}$$アニールしたMOS構造における酸化膜中電荷分布の$$gamma$$線照射による変化; ゲート電圧依存性

今木 俊作*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

平成7年度日本大学理工学部学術講演会論文集, 0, p.151 - 152, 1995/00

これまでに、MOS構造の酸化膜厚に対するミッドギャップ電圧より酸化膜中電荷分布を評価する方法を提案して、NH$$_{3}$$中で高温アニールを施した酸化膜を有するMOS構造の酸化膜中電荷分布、およびその$$gamma$$線照射による変化を評価してきた。今回、照射による電機的特性変化のメカニズム解明を目的に、照射中のゲート電圧の違いによる電荷分布の変化について検討した。その結果、シリコン界面から10~30nm離れた酸化膜中ではNH$$_{3}$$アニールにより捕獲電荷が発生し、照射により正電圧印加時には正電荷が、負電圧印加時には負電荷がそれぞれ増加することがわかった。これらの結果より、NH$$_{3}$$アニールにより正孔、電子トラップが酸化膜中で生成され、照射により膜中で発生した電子および正孔がこれらのトラップに捕獲されること、また印加電圧依存性は発生電荷のドリフト方向の違いにより説明できることがわかった。

論文

傾斜エッチング法によるMNOS構造絶縁膜中電荷分布評価

箱守 厚志*; 斎藤 一成*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

平成7年度日本大学理工学部学術講演会論文集, 0, p.153 - 154, 1995/00

これまでに、Si基板上の酸化膜厚をエッチングにより同一基板内で連続的に変化させ、各膜厚に対するMOS構造のミッドギャップ電圧より酸化膜中の電荷分布を評価する方法を提案してきた。今回、本方法を用いてシリコン窒化膜-シリコン酸化膜の2層絶縁膜構造を有するMNOS構造の絶縁膜中電荷分布を評価した。この結果、窒化膜を有する多層絶縁膜構造においても、本方法により電荷分布評価が可能であり、シリコン界面付近の酸化膜中および酸化膜-窒化膜界面付近に捕獲電荷が局在していることがわかった。また、酸化膜-窒化膜界面付近の捕獲正電荷量は窒化膜製膜後の熱処理により減少することが確認された。また、$$gamma$$線照射による電荷分布の変化を評価した結果、シリコン界面付近では照射により捕獲正電荷量が増加し、一方、酸化膜-窒化膜界面付近の捕獲正電荷量は減少することがわかった。

論文

A Slanted etching method to analyze the trapped charge distribution in the insulators of MIS structures

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 今木 俊作*; 岡田 耕平*; 吉川 正人

Proc. of 21st Int. Symp. for Testing and Failure Analysis (ISTFA 95), 0, p.269 - 274, 1995/00

傾斜エッチング法はMOS構造の酸化膜をフッ酸で斜めにエッチングし、同一基板上に膜厚の異なるMOSチロパミタを多数作製し、それらのC-V特性の膜厚依存性からMOS構造酸化膜中の固定電荷の深さ方向分布の評価を行う手法である。今回我々はMOS構造酸化膜にアンモニアアニールをほどこした時の、酸化膜中の固定電荷の深さ方向の分布の変化を傾斜エッチング法を用いて調べた。その結果、アンモニアアニール時間が60分未満の時は、アンモニアアニールの作用により正の固定電荷が酸化膜/半導体界面に蓄積するが、180分以上のアニールでは、負の固定電荷の発生によって、見かけ上固定電荷が消失することがわかった。

論文

MOS構造の$$gamma$$線照射前後での酸化膜中電荷分布評価

岡田 耕平*; 今木 俊昨*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

電子情報通信学会技術研究報告, 93(172), p.23 - 27, 1993/07

シリコンMOS構造の放射線照射効果の1つとして、酸化膜中の正の固定電荷の蓄積がある。この固定電荷の捕獲位置は不明瞭であり、電荷捕獲機構についてもわからない点が多い。これらの点を明らかにするためには、酸化膜中の捕獲位置を明らかにする必要がある。今回我々は、フッ酸中に酸化膜を浸析させ酸化膜を傾斜エッチングする技術を開発し、これを用いて同一試料中に酸化膜厚の異なるMOS構造を作製した。各膜厚のミッドギャップ電圧を高周波C-V法を用いて測定し、MOS構造酸化膜中の固定電荷蓄積量と膜厚(膜中の固定電荷の位置)の関連性を追求した。その結果、酸化膜中ではSi/SiO$$_{2}$$界面付近に固定電荷が局在し、その量は酸化膜厚に依存しないことがわかった。また照射時の電荷量はMOS構造作製時の酸化温度に大きく依存することが明らかになった。

論文

$$gamma$$線照射3C-SiC MOS構造の固定電荷蓄積量に及ぼす熱アニール効果

根本 規生*; 吉川 正人; 梨山 勇; 吉田 貞史*; 大西 一功*

平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.149 - 150, 1993/00

立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)単結晶を用いてMOS構造を作製し、その$$gamma$$線照射によって蓄積する固定電荷($$Delta$$N$$_{Ot}$$)の熱アニール挙動を室温から400$$^{circ}$$Cの温度範囲で等時アニール法で調べた。その結果、400$$^{circ}$$Cでも$$Delta$$N$$_{ot}$$が完全にはアニールされないことがわかった。化学反応速度式を用いて$$Delta$$N$$_{ot}$$のアニール挙動を解析すると、1次反応により消滅する活性化エネルギー0.32eVの成分と400$$^{circ}$$Cでは消滅しない成分に分けられた。等時アニールされる$$Delta$$N$$_{ot}$$の活性化エネルギーは絶縁膜中をホッピング伝導するイオン、あるいは膜中の水素や水の拡散のそれに近い値であり、アニールのメカニズムとして水素関連の化合物の拡散が示唆された。残りのアニールされない$$Delta$$N$$_{ot}$$は3C-Sic/SiO$$_{2}$$界面の残留カーボンに関連した欠陥かもしれない。

論文

傾斜エッチング法による絶縁膜中電荷分布測定

今木 俊作*; 岡田 耕平*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.135 - 136, 1993/00

放射線照射や電荷注入による捕獲電荷がMIS構造の絶縁膜中において分布する場合、その膜中電荷分布を把握することが電荷捕獲機構や素子特性への影響などを解明する上で重要である。そこで同一素子内で絶縁膜厚をエッチングによって変化させ、各膜厚に対するMIS構造のミッドギャップ電圧より膜中の電荷分布評価を行う方法を考案し、MOS構造についてNH$$_{3}$$アニール後および放射線照射前後での酸化膜中電荷分布を評価した。この結果NH$$_{3}$$アニールにより電極界面付近の電荷量が変化し、Si-SiO$$_{2}$$界面準位が増加することがわかった。また放射線照射前の酸化膜中ではSi-SiO$$_{2}$$界面付近に正電荷が局在し、電荷量は製作時の初期酸化膜厚には依存せず、酸化温度上昇に伴って減少すること、放射線照射後ではSi-SiO$$_{2}$$界面付近で正電荷が捕獲され、その捕獲量は酸化温度に依存することがわかった。

論文

窒化膜を有するMIS構造の電気特性に及ぼす熱処理効果

斉藤 一成*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.133 - 134, 1993/00

不揮発性記憶素子や高密度集積回路で注目されているMONOS構造のPOA(酸化膜成長後のアニール)処理とPNA(窒化膜堆積後のアニール)処理による、電気的特性と放射線照射効果に及ぼす影響について検討した。その結果、放射線照射前のMONOS構造はMOS,MNOS構造とは異なり、POA処理により固定正電荷密度、界面準位密度は減少せず、高温PNA処理を施したMNOS構造と同様な特性を示すことがわかった。また、MONOS構造のC-V特性における遷移領域には顕著な周波数分散がみられること、放射線照射によりミッドギャップ電圧はMNOS構造とは異なり負方向にシフトすることが確認され、これらの現象は窒化膜堆積後の高温熱処理に起因することがわかった。

論文

$$gamma$$線照射時におけるMNOS構造の電荷捕獲機構

須藤 仁介*; 鈴木 康晴*; 高橋 芳浩*; 吉川 正人; 大西 一功*

平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.131 - 132, 1993/00

MNOS構造は照射により発生した電荷をSi-酸化膜界面より離れた位置で捕獲することにより、界面準位密度及び固定正電荷密度の増加抑制が期待される。しかし、その電荷捕獲機構の評価は不十分である。本研究は電荷捕獲機構の評価を目的とし、$$gamma$$線照射前後におけるミッドギャップ電圧をトラップモデルを仮定することにより解析した。また、照射中のゲートバイアスは種々変化させて実験を行った。Si-酸化膜界面に正孔トラップが、酸化膜-窒化膜界面には正孔および電子トラップが局在すると仮定したモデルにより実験結果をよく説明できることがわかり、本モデルの有効性を確認した。結果より、照射中の印加電圧依存性は、照射により絶縁膜中で発生する電荷量の電界依存性、および発生電荷のドリフト方向により説明でき、また酸化膜-窒化膜界面に捕獲された電荷は酸化膜電界の緩和を引き起こすことがわかった。

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