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報告書

模擬廃棄物ガラス試料のXAFS測定研究(共同研究)

永井 崇之; 捧 賢一; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 山岸 弘奈*; 太田 俊明*; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*; 高橋 友恵*; et al.

JAEA-Research 2019-003, 94 Pages, 2019/09

JAEA-Research-2019-003.pdf:7.92MB

廃棄物ガラス中のガラス成分や廃棄物成分の局所構造は、固化体の化学組成によって変化する。本研究は、リン又はバナジウムを添加したホウケイ酸ガラスと模擬廃液から模擬廃棄物ガラス試料を作製し、廃棄物濃度によるガラス成分の軽元素や廃棄物成分の希土類元素等の化学状態及び局所構造をXAFS測定により評価した。

報告書

模擬廃棄物含有バナジウム添加ホウケイ酸ガラス試料の評価研究

永井 崇之; 岡本 芳浩; 塩飽 秀啓; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*; 廣野 和也*; 本間 将啓*; 小林 博美*; 高橋 友恵*; et al.

JAEA-Research 2018-007, 87 Pages, 2018/11

JAEA-Research-2018-007.pdf:61.21MB

本研究は、資源エネルギー庁の「放射性廃棄物の減容化に向けたガラス固化技術の基盤研究事業」における、高レベル放射性廃液の充填率を高められる原料ガラス組成の開発として実施した。候補組成であるバナジウム(V)添加ガラス原料カレットへ模擬高レベル放射性廃液を混合溶融して作製した模擬廃棄物ガラス試料を対象に、レーザアブレーション(LA)法ICP-AES分析, ラマン分光測定及び放射光XAFS測定により評価を実施した。

論文

Lanthanides ($$^{151}$$Eu and $$^{155}$$Gd)-M$"o$ssbauer spectroscopic study of defect-fluorite oxides coupled with new defect crystal chemistry model

中村 彰夫; 井川 直樹; 岡本 芳浩; 日夏 幸雄*; Wang, J.*; 高橋 正*; 竹田 満洲夫*

M$"o$ssbauer Spectroscopy; Applications in Chemistry, Biology, and Nanotechnology, p.71 - 94, 2013/10

Some latest coupled-analysis results of lanthanides (Lns) ($$^{151}$$Eu and $$^{155}$$Gd)-M$"o$ssbauer structure and XRD lattice-parameter (a$$_{0}$$) data of defect-fluorite (DF) oxides with the new defect-crystal-chemistry (DCC) a$$_{0}$$ model have been presented. This is thus the first report of our ongoing efforts to further elaborate the DCC model and extend its applicability to more various systems including pyrochlore (P)-type stabilized zirconias and stabilized hafnias.

論文

Defect-fluorite oxides; Ln (Eu and Gd) M$"o$ssbauer study coupled with new defect-crystal-chemistry model

中村 彰夫; 井川 直樹; 岡本 芳浩; Wang, J.*; 日夏 幸雄*; 高橋 正*; 竹田 満洲男*

Hyperfine Interactions, 217(1-3), p.17 - 26, 2013/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:45.06

To gain further insight into the controversial defect structure of so-called defect-fluorite (DF)-type oxide solid solutions (ss), MO$$_{2}$$-LnO$$_{1.5}$$ (M$$^{4+}$$= Zr, Hf, Ce, Th, U, Pu, etc; Ln$$^{3+}$$=lanthanide) we have conducted their comprehensive Ln (Eu and Gd) M$"o$ssbauer, EXAFs and NMR etc spectroscopic and XRD study freshly combined with a new defect-fluorite-chemistry model recently proposed by one (AN) of the present authors. In this talk some latest achievements of this study is described and discussed.

論文

Suppression of heavy-ion induced current in SOI device

小倉 俊太*; 小宮山 隆洋*; 高橋 芳浩*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 平尾 敏雄*; 大島 武

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.127 - 129, 2012/12

宇宙環境で半導体デバイスを使用する場合、重イオン照射誘起電流に起因したシングルイベント現象が問題となる。SOIデバイスは高い耐放射線性が予想されるものの、支持基板で発生した電荷の埋め込み酸化膜(BOX膜)を介した収集を示唆する報告があり、われわれはこれまでに、酸化膜を介した照射誘起電流の主成分は変位電流であることを明らかにしている。また、支持基板への電圧印加や、活性層と支持基板に逆性の半導体を用いることにより、重イオン照射誘起電流の抑制が可能となることも示した。本研究では実デバイスへの適用を目的に、支持基板の低抵抗化による照射誘起電流の抑制について検討を行った。実験は、SOI基板上にp$$^+$$nダイオードを作製して行った。活性層と支持基板がn形のn/nデバイス、及び低抵抗率の支持基板を有するn/n$$^+$$デバイスの2種類を作製した。イオン照射の結果、照射誘起収集電荷量が減少した。この結果より、支持基板の低抵抗化がSOIデバイスの放射線耐性向上において重要となることを確認した。本手法は活性層のデバイスのタイプ(MOSFETの場合はチャネルタイプ)によらず適用可能であり、実デバイスへの応用が期待できる。

論文

$$^{155}$$Gd M$"o$ssbauer spectroscopic and powder X-ray diffraction study of CeO$$_{2}$$ - GdO$$_{1.5}$$ solid solution

中村 彰夫; 今井 和貴*; 井川 直樹; 岡本 芳浩; 山本 悦嗣; 松川 史郎*; 高橋 正*

Hyperfine Interactions, 207(1-3), p.67 - 71, 2012/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:14.66

Powder X-ray diffractometry and $$^{155}$$Gd-M$"o$ssbauer spectroscopy have been applied to the Ce$$_{1-y}$$Gd$$_{y}$$O$$_{2-y/2}$$ prepared at 1450$$^{circ}$$C. The former shows that this system forms a complete solid solution being the disordered defect-fluorite type in the smaller y range than 0.30 and the order C-type beyond y = 0.30. Its marked positive non-Vegardianity was consistently interpreted as a generalized Vegard-law behaviour of this distortion-dilated solid solution having Gd$$^{3+}$$ - oxygen vacancy association. The latter also clarifies that in the ordered C-type phase with decreasing y the 8b-site $$^{155}$$Gd-M$"o$ssbauer intensity steadily diminishes and vanishes at y = 0.50, indicating that the more-distorted minor 8b Gd$$^{3+}$$ in C-type GdO$$_{1.5}$$ is being preferentially replaced with Ce$$^{4+}$$.

論文

Heavy-ion induced current in SOI junction diode

高橋 芳浩*; 竹安 秀徳*; 岡崎 勇志*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.173 - 175, 2010/10

SOI(Silicon on Insulator)上に作製したpnダイオードにおける重イオン照射誘起電流について検討を行った。逆バイアス印加時の試料に18MeV酸素イオンを照射した結果、理論的に活性層で発生する電荷に比べ多量の電荷が発生することが観測された。解析の結果、これは支持基板内で発生した電荷の収集(変位電流による)によるものと確認された。これより、SOIデバイスの放射線耐性向上のためにはBOXを介した変位電流抑制が重要であることが判明した。シミュレーションにより、支持基板のタイプや不純物密度が収集電荷量に及ぼす影響を評価した結果、支持基板を高不純物濃度化するなどの方法で支持基板表面の空乏層幅を減少させることにより、BOX層を介した電荷収集が抑制可能であることが見いだされた。

論文

Change in ion beam induced current from Si metal-oxide-semiconductor capacitors after $$gamma$$-ray irradiation

大島 武; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 高橋 芳浩*; Vizkelethy, G.*; Doyle, B. L.*

AIP Conference Proceedings 1099, p.1014 - 1017, 2009/03

トータルドーズ効果がシングルイベント効果に及ぼす影響を明らかにする目的で、n型及びp型シリコン(Si)基板上に金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタを作製し、$$gamma$$線照射前後のイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)測定を行った。室温にて6.3kGy(SiO$$_{2}$$)の$$gamma$$線照射を行ったMOSキャパシタの容量-電圧特性からフラットバンドシフトを求めたところ、n型は12.3V、p型は15.2Vという値が得られた。酸素15MeVマイクロビーム入射によるTIBIC測定を行ったところ、$$gamma$$線照射によりn型ではTIBICシグナルのピークが低下、p型では増加した。TIBICシグナルピークの印加電圧依存性を調べたところ、n型では13V、p型では15Vシフトさせると照射前後で印加電圧依存性が一致することが見いだされた。この値は、フラットバンドシフトと良い一致を示しており、このことより、$$gamma$$線照射により酸化膜中に発生した固定電荷に起因するゲート電圧のシフトがTIBICシグナルに影響したといえる。

論文

Total dose effects on heavy-ion induced gate current in MOS structure

高橋 芳浩*; 府金 賢*; 今川 良*; 大脇 章弘*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 7, 2008/11

MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造の重イオン照射誘起ゲート電流の$$gamma$$線照射による変化について評価を行った。試料はp形及びn形バルクSi基板上の、酸化膜厚100nm,Alゲート電極直径100$$mu$$mのMOSキャパシタとした。$$gamma$$線照射は吸収線量率6.3kGy(SiO$$_{2}$$)/hで1時間行った。照射前後のイオン照射誘起ゲート過渡電流の測定は、酸素イオン(15MeV)を用いたTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)評価システムにより行った。また、$$gamma$$線照射前後において容量-電圧特性及びリーク電流特性の測定を行った。その結果、$$gamma$$線照射後、同一電圧印加時のゲート過渡電流ピーク値は、p-MOSにおいて増加し、n-MOSでは減少した。さらに容量-電圧特性で生じた変化を正電荷捕獲密度を反映したミッドギャップ電圧のシフト量で評価し、そのシフト量分、ゲート印加電圧値をシフトさせた結果、照射前後でのピーク値はよく一致することが判明し、ピークのシフトが正の固定電荷発生によることが明らかとなった。

論文

Comparison of the experimental results with simulated results of charge induced in MOS FET by heavy-ion irradiation

平尾 敏雄; 小野田 忍; 高橋 芳浩*; 大島 武

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 6, 2008/11

酸化膜を介した照射誘起電流の発生機構解明を目的に、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を実施した。試料はバルクシリコンAlゲートp-及びn-channel MOSFET(酸化膜厚=40nm, ゲート幅=100mm, ゲート長=300$$mu$$m)を用い、15MeV酸素イオンを照射した。イオン照射誘起電流をTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)測定装置を用いて評価したところ、MOSキャパシタでは、印加電圧の増加に伴い、過渡電流のピーク値が直線的に増加することがわかった。さらに、照射後1$$sim$$2ns程度に酸化膜に印加した電界方向の鋭い電流ピークが、その後反対方向に小さな電流がそれぞれ観測された。結果に対し、酸化膜を完全絶縁と仮定して発生した誘起電流をキャリア濃度及び移動度を主パラメータとして数値シミュレーションを行った結果、MOSFETのゲート領域に重イオンを照射した際に観測される照射後1$$sim$$2ns程度経過後の鋭いピークとその後の反対方向のブロードな電流ピークをシミュレーションにより得ることに成功し、実験結果との良い一致を図ることができた。

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

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。

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。

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