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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。

口頭

酸化膜を介した重イオン照射誘起電流の評価

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 大木 隆広*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 伊藤 久義

no journal, , 

イオン入射によるSOI(Silicon On Insulator)素子中に発生する電荷挙動解明のために、酸化膜/半導体構造を有するモデル素子である金属/酸化膜/半導体(MOS)トランジスタに重イオンが入射したときに誘起される電流測定を行った。実験にはAlゲートMOSトランジスタ(電極面積100$$mu$$)を用い、18MeV酸素イオン入射により発生するシングルイベント過渡電流を測定した。その結果、収集時間,ピーク強度の異なる正・負の電流が観測された。各電流を時間積分して電荷量を見積もったところ、照射後100ns程度で両者の値が同程度となり、総和は0となることが見いだされた。また、酸化膜を完全絶縁体としてシミュレーションンを試みたところ、測定された誘起電流が変位電流に起因すると解釈できた。

口頭

完全空乏型0.15$$mu$$m CMOS/SOIプロセスデバイスへの放射線対策の最適化

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.

no journal, , 

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$$mu$$mCMOS/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行った。その結果、論理セルのみにRHBD手法を用いることで十分な放射線耐性を維持できることを明らかにした。

口頭

SOI構造デバイスにおけるイオン照射誘起電荷の輸送現象の解明

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 中嶋 康人*; 長澤 賢治*; 府金 賢; 今川 良*; 野本 敬介*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

放射線環境下で半導体デバイスを使用する場合、高速荷電粒子の入射により誘起される電流に起因した、シングルイベント現象が問題となる。埋込み酸化膜を有するSOI(Silicon on Insulator)デバイスは、高い耐放射線性が期待されるが、予想を上回る電荷収集が観測されるとの報告もあり、酸化膜を有するデバイス構造におけるイオン誘起電流の発生メカニズム解明が必要となっている。本研究ではシリコン(Si)MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を行い、ゲート酸化膜を介して流れるイオン誘起過渡電流を評価した。試料はAlゲートSi p-MOSFET及びn-MOSFETを用い、TIARAの重イオンマイクロビームシステムを使用して酸素イオン(15MeV)の照射を行った。その結果、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、反対方向の小さな電流がそれぞれ観測されること、また、収集電荷量は照射後数10nsで0に収束することがわかり、酸化膜を介した重イオン照射誘起電流は、変位電流によるものが支配的であることが確認できた。

口頭

酸化膜を介したイオン照射誘起電荷の収集機構解明に向けた研究

府金 賢; 高橋 芳浩*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 中嶋 康人*; 大西 一功*

no journal, , 

半導体デバイスに高速荷電粒子が入射する際に半導体内で誘起されるキャリアが原因となりシングルイベント現象が発生する。酸化膜を介した重イオン照射誘起電流の発生機構は未だ不明な点が多く、その解明が重要である。本研究では、シリコン(Si)MOSFETに対して重イオン照射試験を実施し、酸化膜を介した電流発生機構の検討を行った。試料はAlゲートp-, n-シリコン(Si)MOSFETを用い、TIARAの重イオンマイクロビームラインにてエネルギー15MeVの酸素イオン照射を実施した。照射誘起電流測定の結果より、MOSFETにおける照射誘起電流は正・負の異なるピークを持つこと、さらに収集電荷量が照射後数十nsでほぼ0に収束することが観測され、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流が支配的であることを確認した。またp-, n-MOSFETにおいて電流ピーク幅の差異が確認された。これは、照射に伴いゲート直下に蓄積するキャリアがp-, n-MOSFETではそれぞれ正孔,電子であり、これらキャリアの移動度の違いに起因するためと考えられる。

口頭

MOSFETにおける重イオン照射誘起ゲート電流

府金 賢; 高橋 芳浩*; 中嶋 康人*; 長澤 賢治*; 今川 良*; 野本 敬介*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

半導体デバイスに荷電粒子が入射したときに、半導体中に誘起されるキャリアによって誤動作等のシングルイベント現象が発生する。本研究では、酸化膜を介したイオン誘起電流の発生機構を理解するために、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を行った。試料にはAlゲートシリコン(Si)のp-, n-チャンネルMOSFET(酸化膜厚:40nm,ゲート幅: 300$$mu$$m,ゲート長: 100$$mu$$m)を用い、TIARAにて15MeV酸素マイクロイオンビームを照射した。p-, n-MOSFETのゲートにそれぞれ-10V, +10Vを印加しソース及びドレイン電極は接地状態でTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)測定を行い発生する過渡電流を評価した。その結果、発生したゲート電流は正・負の異なるピークを持ち、収集電荷量が数十nsでほぼ0に収束することが明らかとなり、このことから酸化膜を介した照射誘起電流が変位電流であると帰結できた。また、p-, n-MOSFETでの電流ピークの半値幅で2nsの相違はゲート直下に蓄積したキャリアがp-,n-MOSFETではそれぞれ正孔,電子であり、これらキャリアの移動度の違いで解釈できることも判明した。

口頭

重イオンが$$gamma$$線照射前後のMOSキャパシタに誘起する過渡電流

小野田 忍; 府金 賢; 平尾 敏雄; 大島 武; 高橋 芳浩*; 今川 良*; 大西 一功*

no journal, , 

本研究では、$$gamma$$線によるトータルドーズ効果によって電気特性が劣化したMOS(Metal Oxide Semiconductor)キャパシタに対して、1個の重イオンを照射し、その際に発生するシングルイベント過渡電流を調べた。試料は、p型バルクシリコン上に作製したAlゲートMOSキャパシタ(酸化膜厚:100nm,電極直径:100$$mu$$m)である。試料に対して、吸収線量が6.6kGy(SiO$$_2$$)になるまで$$gamma$$線を照射した。$$gamma$$線照射前後のV$$_{FB}$$(フラットバンド電圧)の変動に着目すると、そのシフト量はおよそ-16.3Vであることがわかった。$$gamma$$線照射前の試料において発生する過渡電流は、印加電圧が高くなるに従い大きくなることがわかった。一方、電圧を印加しない$$gamma$$線照射後の試料で発生する過渡電流は、電圧を印加しない$$gamma$$線照射前の試料で発生する過渡電流と比較して4倍も大きくなる一方、15Vを印加した$$gamma$$線照射前の試料で発生する過渡電流と同等の大きさになることが明らかになった。このことから、酸化膜中の固定正電荷が空乏層の電界強度を強め、その結果、重イオンが誘起する過渡電流が大きくなったと考えられる。

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