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。

Change in ion beam induced current from Si metal-oxide-semiconductor capacitors after -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

https://doi.org/10.1063/1.3119985

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、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)の線照射を行った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、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、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。

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100mのMOSキャパシタとした。線照射は吸収線量率6.3kGy(SiO)/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、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、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。

宇宙用論理LSIで発生する放射線誘起スパイクノイズの研究

牧野 高紘*; 柳川 善光*; 小林 大輔*; 福田 盛介*; 廣瀬 和之*; 池田 博一*; 齋藤 宏文*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武; et al.

信学技報, 108(100), p.67 - 72, 2008/06

https://www.ieice.org/ken/paper/20080626VaEv/

放射線によって生じる論理LSI(Large Scale Integrated Circuit)でのソフトエラーは、FF(Flip Flop)やラッチ回路に粒子が当たって発生するだけでなく、組合せ論理回路に当たって発生するスパイクノイズによっても発生する。この放射線誘起スパイクノイズを測定するために、インバータ24段の論理セルチェインと拡張バッファー及び自己トリガFFチェインから構成されるスナップショット回路を作製した。実験はKr 322MeVとXe 454MeVのイオンをテストチップに対して垂直と45度で入射させ、線エネルギー付与LET4092(MeV/cm/mg)の範囲でSET(Single Event Transient)パルス幅を測定した。その結果、インバータ24段を接続したチェインについて、0度(垂直)照射では取得SETパルスの総数が、LETの増加に対して増加を示し、45度照射では、取得SETパルスの総数はLETの増加にかかわらず一定であった。また取得したSETパルス幅分布の最頻値と半値幅をLETの関数で示した結果、SETパルス幅はLETの増加に対して飽和傾向を示すことが見いだされた。さらにSETパルス幅の上限が約1nsであることから、SETパルスを除去するために必要なフィルタ回路の時定数は最大1nsとすれば良いということもわかった。

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

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2007.02.010

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。

Optimization for SEU/SET immunity on 0.15 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0.15m 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)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。

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 the 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50200nm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。

JMTR計測用配管水漏れ対策報告書

伊藤 治彦; 本間 建三; 板橋 行夫; 田畑 俊夫; 明石 一朝; 稲場 幸夫; 熊原 肇; 高橋 邦裕; 北島 敏雄; 横内 猪一郎

JAERI-Review 2003-024, 76 Pages, 2003/10

JAERI-Review-2003-024.pdf:8.35MB

JMTRでは、平成14年12月6日に原子炉一次冷却系がある部屋の漏水検知器が作動したため、ITVで漏水の観察を続けたが、12月10日になって計測用配管からの漏水を発見して原子炉を手動で停止した。本計画外停止に関しては「JMTR計測用配管水漏れ調査委員会」において、漏水発生の原因と対策のほか、漏水検知器の作動から原子炉の手動停止に至る4日間の安全管理に関する問題指摘とその対策の検討を行った。その後、委員会報告を受け、水漏れ発生箇所の修復と類似箇所への水平展開を図るとともに、原子炉施設の安全運転のために必要な設備の改善と運転手引きの改善,教育訓練,情報の共有化,品質保証活動の充実など、具体策を実施した。本報告書は、これらの対策の実施結果についてまとめたものである。

高放射化機器類処理・処分用切断装置の開発

飯村 勝道; 北島 敏雄; 細川 甚作; 阿部 新一; 高橋 澄; 小川 光弘; 岩井 孝

デコミッショニング技報, (10), p.42 - 48, 1994/06

http://www.randec.or.jp/publish/documents/gihou/Decommissioning%20gihou_10.pdf

JMTRでは、高放射化されたループ照射設備の使用済炉内管を水中で切断する装置を開発し、性能や安全性を確認した。この装置は、多重構造管の切断を目的としたもので、放電方式を採用することで水中切断を可能にした。また、各種フィルターなどを組み合わせ、水の精製に努めた。ここでは、今回開発した水中放電切断装置の概要、性能及び供用中の原子炉施設内における使用済炉内管の切断した経験について紹介する。

The Very-small angle neutron scattering from SiO-PbO glasses

高橋 敏雄*; 富満 広; 牛神 義行*; 菊田 惺志*; 土井 健治; 星埜 禎男*

Physica B; Condensed Matter, 120, p.362 - 366, 1983/00

散乱角が動程度における中性子散乱強度を精密に測定する極小角中性子散乱測定装置を開発したので、これをPbO-SiO系のガラスに応用した結果を報告する。内容は次の通りである。1)石英ガラス(SiO)は極小角散乱を示さないが、これをJRR-2よりの熱中性子線により310/cm照射したものは、極小角散乱を示し、慣性半径310程度の大きさの構造不均一性が発生したことを示す。2)鉛ガラス(SiO-PbO)は、PbO濃度の60%程度までは極小角散乱を示さないが、70%にいたって慣性半径が10程度に相当する極小角散乱を示す。以上の結果の、ガラス構造に対するimploieationとともに、このような極小角領域における散乱実験技術上の問題点とその対応についても報告する。