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論文

Bulk damage observed in recent LSI devices

新藤 浩之*; 久保山 智司*; 池田 直美*; 大友 洋光*; 島田 修*; 平尾 敏雄; 松田 純夫*

Proceedings of the 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.63 - 66, 2004/10

最先端LSIにおいて単一プロトンが入射することにより形成されるバルク損傷が引き起こす新たなエラーの発生についてその観測と評価を実施した。対象とした素子は256MbitSDRAM及び16MbitSRAMである。これらの素子に対してプロトン照射を実施し、データ保持能力が照射前後でどの程度変化するのか測定した。その結果、従来知られているトータルドーズ効果等では説明できない新たな特性劣化現象を見いだした。この現象は動作温度にも大きく依存し、特に50$$^{circ}$$C以上の高温で動作させた場合、仕様で保証された以下に特性が劣化することが確認された。

論文

Improved model for single-event burnout mechanism

久保山 智司*; 池田 直美*; 平尾 敏雄; 松田 純夫*

Proceedings of the 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.165 - 168, 2004/10

パワーMOSFET及びバイポーラトランジスタの破損を引き起こすシングルイベントバーンアウト現象はこれまでデバイスシミュレータで再現することが困難であり、その詳細な発生メカニズムは完全には理解されていなかった。われわれは、重イオンの飛跡に沿って発生するプラズマコラム中ではキャリア及びフォノンが高密度で存在することから、通常よりも高い頻度でバンド間トンネリングが発生すると仮定することにより、実験で得られたデータとよく一致するシミュレーション結果を得た。本ワークショップではシングルイベントバーンアウトのモデル開発について報告し、議論する。

論文

Radiation damages of InGaAs photodiodes by high-temperature electron irradiation

大山 英典*; 高倉 健一郎*; 中林 正和*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 神谷 富裕; Simoen, E.*; Claeys, C.*; 久保山 智司*; 岡 克己*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 219-220, p.718 - 721, 2004/06

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2004.01.149
 被引用回数：3 パーセンタイル：25.02(Instruments & Instrumentation)

人工衛星は高温で長期間、放射線にさらされるため、その中で用いられる半導体素子について、放射線照射と照射中の温度との関係を評価することが重要である。本研究では、近年非常に注目されているオプとエレクトロニクスデバイスについて照射による電気特性の変化と温度との関係を評価した。評価に用いた試料は、InP基板の上に成長させたInGaAsのエピタキシャル層で作られたフォトダイオードで0.95から1.65mmの波長範囲を有したものである。照射は、2MeVの電子線を用い照射線量は、1$$times$$10$$^{16}$$ e/cm$$^{2}$$とし照射中の温度を50, 100, 200及び300度に保持し、無印加状態で行った。その結果、電子線を照射して生じる欠陥レベルが照射中の温度の上昇に伴い減少した。また、300度の照射では、光電流の低下が初期値の30%であった。これにより、放射線照射による電気特性の変化が高温照射によって回復することがわかった。本会議では、これらの実験結果について紹介し議論する。

論文

Study of radiation response on single-junction component sub-cells in triple-junction solar cells

今泉 充*; 高本 達也*; 住田 泰史*; 大島 武; 山口 真史*; 松田 純夫*; 大井 暁彦; 神谷 富裕

Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-3) (CD-ROM), 4 Pages, 2004/01

多接合型太陽電池の放射線劣化の振る舞いを総合的に明らかにし、劣化のモデル化を行うため、多接合型太陽電池を構成している各単セル構造について、放射線照射による劣化の振る舞いを調べた。トップセルに使用されるInGaPセルは陽子線照射中に光照射のあるなしにかかわらず同様な劣化の振る舞いを示した。ミドルセルであるInGaAsセルは、In含有量が増加するに従い耐放射線性が劣化すること、ボトムセルに使用されるGeセルの耐放射線性はトップ,ミドルセルに比べ低いことが明らかになった。

論文

Super radiation tolerance of CIGS solar cells demonstrated in space by MDS-1 satellite

川北 史朗*; 今泉 充*; 住田 泰史*; 櫛屋 勝巳*; 大島 武; 山口 真史*; 松田 純夫*; 依田 真一*; 神谷 富裕

Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-3) (CD-ROM), 4 Pages, 2004/01

2002年2月に打ち上げられた人工衛星MDS-1に搭載されたCu(In,Ga)Se$$_{2}$$太陽電池(CIGS太陽電池)の非常に優れた耐放射線性を観測した。打ち上げ後200日経過時点で、短絡電流は全く劣化せず、開放電圧も1%の低下のみであった。一方、地上試験により、CIGS太陽電池は室温においても劣化が回復すること、さらに電流注入により回復が早くなることを見いだした。これにより、CIGS太陽電池の「劣化の急速回復」による優れた耐放射線性が確認された。

論文

Analysis of end-of-life performance for proton-irradiated triple-junction space solar cell

住田 泰史*; 今泉 充*; 松田 純夫*; 大島 武; 大井 暁彦; 神谷 富裕

Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-3) (CD-ROM), 4 Pages, 2004/01

宇宙用太陽電池は宇宙放射線への暴露によって劣化するため、初期の変換効率だけでなく寿命末期での性能も重要である。今回は劣化予測法が確立していない3接合型宇宙用太陽電池について地上でのプロトン照射を行い、放射線照射試験に基づく従来の2種類の劣化予測法、すなわち相対損傷ドーズ法とはじき出し損傷ドーズ法の適用妥当性を検討した。3接合型太陽電池では、それぞれInGaP, GaAs, Geによる3つの接合層が直列に接続されている。相対損傷ドーズ法を適用した場合、プロトンの進入深さと電池の層構造を考慮に入れることで各層の電圧劣化から電池全体の開放電圧劣化挙動を説明できる一方で、短絡電流値と電力値については、予測値が大きな誤差を含むことが問題となった。分光感度の解析により各層の電流発生値を見積もった結果、劣化に伴って全体の電流を制限する接合層が初期のInGaP層からGaAs層に移る現象を明らかにし、単純なセル構造に対して開発された相対損傷ドーズ法は精密な電流値劣化予測には不向きであることを示した。はじき出し損傷ドーズ法による評価も、複雑な電流劣化挙動のため劣化予測値のばらつきが大きく、短絡電流値及び電力値の劣化には不適当であり、3接合型太陽電池に特化した劣化予測法の開発が必要であるとの結論を得た。

論文

Bulk damage caused by single protons in SDRAMs

新藤 浩之*; 久保山 智司*; 池田 直美*; 平尾 敏雄; 松田 純夫*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 50(6, Part1), p.1839 - 1845, 2003/12

https://doi.org/10.1109/TNS.2003.820727
 被引用回数：15 パーセンタイル：69.34(Engineering, Electrical & Electronic)

シングルイオンやプロトンによるバルク損傷は高集積のICで非常に問題となっている。本研究では、256MbitのSDRAMにおけるバルク損傷について報告する。実験は、プロトン60MeV及びXe 2.3GeVを、構造の異なるSDRAMに照射した。測定は、SDRAMのリフレッシュレートをさまざまに変化させた状態で、故障数をカウントすることによって行った。測定の結果、リフレッシュレートが長くなるに従い、故障数と断面積は増加することがわかった。さらに、プロトンに比べ、Xeの断面積の方が大きいことも明らかになった。以上の結果を使用して、低軌道を周回する衛星にSDRAMを搭載した場合、1年に170個程度のソフトエラーを起こすことが予測できる。これは、通常のメモリと比べて大きいため、実用上大きな問題となることが推定される。

論文

Effects of high-energy proton irradiation on the density and Hall mobility of majority carriers in single crystalline n-type CuInSe$$_{2}$$ thin films

Lee, H.-S.*; 岡田 浩*; 若原 昭浩*; 吉田 明*; 大島 武; 伊藤 久義; 川北 史朗*; 今泉 充*; 松田 純夫*

Physica Status Solidi (A), 199(3), p.471 - 474, 2003/10

https://doi.org/10.1002/pssa.200306669
 被引用回数：3 パーセンタイル：21.44(Materials Science, Multidisciplinary)

薄膜宇宙用太陽電池への応用が期待されているCuInSe$$_{2}$$半導体(CIS)の放射線照射効果を明らかにするために、0.38MeV, 1MeV, 3MeV陽子線照射によるキャリア濃度及び移動度の変化を調べた。用いた試料はガリウム砒素基板上にスパッタ法で作製したn型単結晶薄膜であり、未照射でのキャリア濃度は2$$times$$10$$^{16}$$から6$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{3}$$、移動度は105から135cm$$^{2}$$/Vsである。陽子線照射は室温にて1$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{15}$$まで行った。キャリア濃度と照射量の関係を解析することでキャリア減少率を求めたところ、3MeV陽子線照射では300cm$$^{-1}$$で0.38Mev陽子線照射では1800cm$$^{-1}$$と見積もられ、高エネルギー陽子線照射ほどキャリア減少率が低いことがわかった。この結果は、低エネルギー陽子線ほど表面付近での欠陥生成量が多く、今回のCIS薄膜試料に大きな損傷を与えるためと解釈できる。また、Hall移動度と照射量の関係を調べたところ、照射量の増加とともに移動度は減少し、1$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$照射では、初期値の1/3以下まで低下することが明らかになった。

論文

3MeV electron irradiation-induced defects in CuInSe$$_{2}$$ thin films

Lee, H.-S.*; 岡田 浩*; 若原 昭浩*; 大島 武; 伊藤 久義; 川北 史朗*; 今泉 充*; 松田 純夫*; 吉田 明*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 64(9-10), p.1887 - 1890, 2003/09

https://doi.org/10.1016/S0022-3697(03)00109-4
 被引用回数：12 パーセンタイル：54.06(Chemistry, Multidisciplinary)

次世代の高効率の宇宙用薄膜太陽電池として期待されているCuInSe$$_{2}$$(CIS)の電子線照射による電気特性変化を調べた。CISはスパッタ法によりGaAs基板上に作製した。電子線照射は、エネルギー3MeVで、室温にて2$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の線量まで照射を行った。ホール係数測定により、キャリア濃度及び移動度の変化を調べたところ、電子線の照射によってキャリア濃度及び移動度が減少することが見いだされた。キャリア濃度と電子線照射量の関係を解析した結果、キャリアリムーバルレートが1/cm$$^{2}$$であると見積もられた。また、キャリア濃度の温度依存性を解析することで電子線照射により、新たに欠陥に起因するエネルギー準位(54mV)が発生すること,2$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の電子線照射により1.4$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{3}$$の濃度の欠陥が生成されることが明らかとなった。

論文

Proton radiation analysis of multi-junction space solar cells

住田 泰史*; 今泉 充*; 松田 純夫*; 大島 武; 大井 暁彦; 伊藤 久義

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206, p.448 - 451, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00791-2
 被引用回数：52 パーセンタイル：94.43(Instruments & Instrumentation)

宇宙用に開発された三接合型(InGaP/GaAs/Ge)太陽電池の陽子線照射効果を明らかにするため、20keVから10MeVのエネルギー範囲の陽子線を照射し、電気的・光学的特性の変化を調べた。モンテカルロシュミレーションより見積もった陽子線の侵入長を考慮して特性劣化を解析した結果、ミドルセルであるGaAsセルの接合付近が陽子線の侵入長にあたる場合に最も特性の劣化が大きいことを見出した。このことより耐放射線性のさらなる向上にはGaAsミドルセルの耐放射線性向上が重要であると結論できた。

論文

Low energy proton-induced defects on n$$^{+}$$/p InGaP solar cell

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Khan, A.*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Solar Energy Materials and Solar Cells, 75(1-2), p.327 - 333, 2003/01

https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00176-9
 被引用回数：3 パーセンタイル：30.04(Energy & Fuels)

多接合太陽電池のトップセルであるn$$^{+}$$/p接合InGaP構造に100keV陽子線を照射し、電気特性に及ぼす効果をC-V測定法及びDLTS法により調べた。n$$^{+}$$/p接合InGaPは有機金属気相成長(MOCVD)法により作製し、陽子線照射は室温で1E12/cm$$^{2}$$まで行った。キャリア濃度の照射量依存性よりキャリア濃度減少率を見積もったところ6.1E4cm$$^{-1}$$が得られた。また、DLTS測定の結果、照射により400K付近にピーク(H1)が発生することがわかった。キャリア濃度測定の結果と比較することで、H1ピークはキャリア捕獲中心として働くことが判明した。

論文

Consistency of bulk damage factor and NIEL for electrons, protons, and heavy ions in Si CCDs

久保山 智司*; 新藤 浩之*; 平尾 敏雄; 松田 純夫*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 49(6), p.2684 - 2689, 2002/12

https://doi.org/10.1109/TNS.2002.805360
 被引用回数：10 パーセンタイル：55.15(Engineering, Electrical & Electronic)

半導体デバイスにおける放射線劣化は、NIEL(Non-Ionization Energy Loss)を用いてバルク損傷の生成に費やされるエネルギーの関数として表されている。本研究では照射によって導入される損傷を明確にするために、評価試料として電荷結合型デバイス(CCD)を用い、電子1$$sim$$3MeV, 陽子80MeV、及び重イオン(56MeV-N, 5MeV-Ne, 150MeV-Ar, 323MeV-Kr)の照射を行い、ピクセルごとの暗信号を計測した。その結果、電子線照射では小さなエネルギーの一次はじき出し原子(PKA)しか生成できないために孤立した点欠陥が形成され、しかもその大部分は欠陥同志の再結合によって消滅するため、NIELとして与えられたエネルギーの内安定な欠陥に結びつく比率が極端に低くなることがわかった。一方、陽子/重粒子では、電子で発生する欠陥と同じ欠陥に加えて、高エネルギーのPKAによりカスケード損傷が起こり局所的に欠陥クラスターが形成されることがわかった。CCDを使用した照射実験の解析から、NIELとバルク損傷の比例関係が成立しない原因が明らかになった。

論文

Radiation response of triplejunction solar cells designed for terrestrial application

大島 武; 今泉 充*; 高本 達也*; 住田 泰史*; 大井 暁彦; 川北 史朗*; 伊藤 久義; 松田 純夫*

Proceedings of 5th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications, p.113 - 116, 2002/10

地上用に開発された高効率InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の電子線,陽子線照射効果を調べた。用いた太陽電池はGaAsミドルセルにInを1%添加しており、AM1.5(地上での光スペクトル)で30%以上という世界最高の変換効率を有する。1MeV電子線、10MeV陽子線照射の結果、宇宙用GaAs単接合太陽電池とほぼ同様の耐放射線性を示すが、宇宙用に開発された米国製三接合太陽電池と比べると耐放射線性が低いことがわかった。電気特性及び量子効率と陽子線エネルギーの関係を調べたところ、GaAsミドルセルの劣化が大きく、結果として太陽電池全体が劣化していることが見出された。

論文

Majority- and minority-carrier deep level traps in proton-irradiated $$n^{+}/p$$-InGaP space solar cells

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Bourgoin, J. C.*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Applied Physics Letters, 81(1), p.64 - 66, 2002/07

https://doi.org/10.1063/1.1491005
 被引用回数：16 パーセンタイル：54.32(Physics, Applied)

n$$^{+}$$/p-InGaP太陽電池に0.38MeVから3MeVの陽子線を照射することで発生する欠陥をDLTS法を用いて調べた。その結果、HP1 (E$$_{V}$$+0.90$$pm$$0.05eV),HP2 (E$$_{V}$$+0.73$$pm$$0.05eV),H2 (E$$_{V}$$+0.55eV)とラベル付けされた3つの多数キャリア(ホール)トラップとEP1 (E$$_{C}$$ 0.54eV)とラベル付けされた少数キャリアトラップを発見した。また、これらのトラップは全てキャリアの再結合中心として働くこと、H2は少数キャリア注入によって消滅することを見出した。

論文

Annealing enhancement effect by light illumination on proton irradiated Cu(In,Ga)Se$$_{2}$$ thin-film solar cells

川北 史朗*; 今泉 充*; 山口 真史*; 櫛屋 勝巳*; 大島 武; 伊藤 久義; 松田 純夫*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 41(7A), p.L797 - L799, 2002/07

次世代の宇宙用高効率薄膜太陽電池として期待されているCu(In,Ga)Se$$_{2}$$太陽電池の陽子線照射効果後の特性回復現象を調べた。陽子線照射容器に模擬太陽光源を取り付けることで、in-situで出力特性が測定できる装置を用いて実験を行った。照射後、暗状態で一定時間放置し、その後、太陽電池特性を測定したところ回復現象が観測された。さらに、太陽電池へ光をあてた状態で放置後に特性測定した場合には、回復現象が促進されることが見出された。測定温度依存性より、この回復現象に必要な活性化エネルギーを求めたところ、光照射の場合は0.80eVで、暗状態では0.92eVであると見積もられた。

論文

Effects of proton irradiation on $$n^{+}p$$ InGaP solar Cells

Dharmarasu, N.*; Khan, A.*; 山口 真史*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Journal of Applied Physics, 91(5), p.3306 - 3311, 2002/03

https://doi.org/10.1063/1.1445276
 被引用回数：24 パーセンタイル：66.02(Physics, Applied)

InGaP単接合及びInGaP/GaAs二接合太陽電池へ3MeV陽子線照射を行い特性劣化を調べた。InGaP単接合の劣化は二接合に比べ少ないことが明らかになった。分光感度測定を行ったところ、長波長側の劣化が観測され、GaAsサブセルの劣化が二接合太陽電池の劣化へ寄与しているという結果を得た。少数キャリア拡散長の損傷係数を見積もったところ、InGaPでは7.9$$times$$10$$^{-5}$$,GaAsでは1.6$$times$$10$$^{-4}$$あった。また、これら損傷係数の値は、1MeV電子線照射の場合と比べ、それぞれ580,280倍大きいことが明らかになった。

論文

半導体トランジスター素子のシングルイベントバーンアウト現象の解析

平尾 敏雄; 新藤 浩之*; 久保山 智司*; 永井 由紀*; 大平 秀春*; 伊藤 久義; 松田 純夫*

JNC TN7200 2001-001, p.66 - 68, 2002/01

半導体素子のシングルイベント現象の一種であるシングルイベントバーンアウト(SEB)は、従来MOSFETにおいて発生すると報告されていた。われわれは、バイポーラトランジスタについてSEB評価を行い、その発生を確認した。SEB測定にはわれわれの開発したEPICS測定システムを使用した。その結果、バイポーラトランジスタでもSEBが発生することを見いだし、イオン入射時のバイポーラトランジスタにおけるベースとエミッタの電流波形の直接観測に成功した。さらに、SEBの耐性向上対策を検討した結果、ベース領域に添加する不純物濃度の増加とベース幅の伸張により約20%の耐性強化が可能であるという結論を得た。

論文

Deep-level transient spectroscopy analysis of proton-irradiated n$$^{+}$$/p InGaP solar cell

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Khan, K.*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Physica B; Condensed Matter, 308-310, p.1181 - 1184, 2001/12

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(01)00935-8
 被引用回数：6 パーセンタイル：37.62(Physics, Condensed Matter)

100keV陽子線照射(1E10, 5E12/cm$$^{2}$$)したInGaP半導体n+/p接合のキャリア濃度及び生成される欠陥準位を調べた。キャパシタンス測定の結果、キャリア濃度減少率として、1MeV電子線の0.93/cmより桁違いに大きい6.1E4/cmが見積もられた。またDLTS測定より欠陥準位を調べたところ、H1ピーク(Ev+0.90V対応)が観測された。このH1ピークが多数キャリア捕獲中心として働くことで、100keV陽子線照射では1MeV電子線照射に比べキャリア濃度減少率が大きいことが分かった。

論文

High-radiation-resistant InGaP, InGaAsP, and InGaAs solar cells for multijunction solar cells

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Khan, A.*; 山田 たかし*; 田辺 たつや*; 高岸 成典*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; et al.

Applied Physics Letters, 79(15), p.2399 - 2401, 2001/10

https://doi.org/10.1063/1.1409270
 被引用回数：75 パーセンタイル：91.01(Physics, Applied)

InGaP, InGaAsP, InGaAs太陽電池へ3MeV陽子線照射を行い、電気・光学特性の劣化を調べた。その結果、少数キャリアの拡散長の損傷係数として6.7$$times$$10$$^{-5}$$ (InGaP),8.8$$times$$10$$^{-5}$$ (InGaAsP),1.01$$times$$10$$^{-4}$$ (InGaAs)を得た。これまでに得られているInPの結果を含めて各種太陽電池の劣化をIn-Pボンド長に注目して解析したところ、In-Pボンド長の増加とともに耐放射線性が向上することが示唆された。さらに、InGaP,InGaAsP太陽電池では順方向への少数キャリア注入により照射試料の電気特性が回復することを見出した。

論文

Role of the impurities in production rates of radiation-induced defects in silicon materials and solar cells

Khan, A.*; 山口 真史*; 大下 祥雄*; Dharmarasu, N.*; 荒木 健次*; 阿部 孝夫*; 伊藤 久義; 大島 武; 今泉 充*; 松田 純夫*

Journal of Applied Physics, 90(3), p.1170 - 1178, 2001/08

https://doi.org/10.1063/1.1384855
 被引用回数：54 パーセンタイル：85.95(Physics, Applied)

ボロン(B),ガリウム(Ga),酸素(O)炭素(C)濃度の含有量を変化させたシリコン(Si)に1MeV電子線,10MeV陽子線照射を行い、発生する欠陥をDLTS測定、キャパシタンス測定により分析した。この結果、照射によりEv-0.36eVに格子間Cと格子間Oの複合欠陥(Ci-Oi)に起因する準位が発生すること、Ec-0.18eVに格子間BとOiの複合欠陥(Bi-Oi)が生成されることが明らかになった。また、GaドープSiではCi-Oiの発生が抑制されることを見出した。Ci-Oiは再結合中心として働くことから、この抑制はSi太陽電池の耐放射線性向上につながると考えられる。また、GaドープSiではEv+0.18eVに新たな準位が形成され、この準位は350$$^{circ}C$$での熱処理で消失することが判明した。

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