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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。

口頭

SOI-pnダイオードにおける重イオン照射誘起電流

高橋 芳浩*; 今川 良*; 大脇 章弘*; 竹安 秀徳*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武

no journal, , 

半導体デバイスの耐放射線性向上に関する研究の一環として、SOI(Silicon on Insulator)ダイオードに対して逆バイアスを印加した状態で、15MeVの酸素イオン照射を行った。アノード電極から過渡電流が検出された。過渡電流を積算して求めた収集電荷量は170fC程度で飽和した。また、印加電圧の増加に対して、ピーク電流値は増加するものの、収集電荷量は変化しないことがわかった。SOIダイオードとSiダイオードを比較した結果、同一印加電圧下において、ピーク電流が約1/20、収集電荷量が1/3に抑制されていることがわかり、SOIデバイスの高いシングルイベント耐性を示すことができた。デバイスシミュレータを用いた解析から、全電流は、活性層である空乏層内で発生した電流に加え、埋め込み酸化膜下の基板からの変位電流によるものであることがわかった。

口頭

SOIデバイスの重イオン照射誘起電流抑制に関する検討

竹安 秀徳*; 岡崎 勇志*; 小倉 俊太*; 大谷 拓海*; 高橋 芳浩*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武

no journal, , 

半導体デバイスに高エネルギー粒子が入射することでデバイス内に発生する電荷により、過渡電流が流れ、誤動作や故障が引き起こされる(シングルイベント現象)。現在、シングルイベント現象の抑制にはSOI(Silicon on Insulator)構造が良いという提案がなされているが、実際のイオン照射の結果では、BOX層を介した変位電流のため、活性層で発生する電荷以上の収集電荷量が確認されている。支持基板表面の空乏層幅を抑制することでBOX層を介した収集電荷が抑制可能であると考え、支持基板印加電圧を変化させることにより空乏層幅を変化させ、収集電荷量に及ぼす影響を評価したところ、BOX層を介した電荷収集を抑えられることが見いだされた。

口頭

SOI-pnダイオードにおける重イオン照射誘起電流

高橋 芳浩*; 大脇 章弘*; 竹安 秀徳*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 牧野 高紘; 大島 武

no journal, , 

SOI(Silicon on Insulator)上に作製したpnダイオードの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際の照射位置依存性について評価した結果、アノード中心部に照射した際の収集電荷はBOXを介した変位電流によるものが支配的であること、一方、エッジ部に照射した場合は、活性層で発生した電荷収集が支配的であることがわかった。また、基板裏面への電圧印加を行い支持基板表面の空乏層を制御することにより、BOXを介した変位電流が抑制可能であり、特にアノード中心部へ照射した際の過渡電流はノイズレベル程度になることを実験的に示した。

口頭

重イオンマイクロビームを用いたSOIデバイスにおけるシングルイベント評価

平尾 敏雄; 小野田 忍; 牧野 高紘; 高橋 芳浩*; 竹安 秀徳*; 岡崎 勇志*; 阿保 智*; 増田 直之*; 高井 幹夫*; 大島 武

no journal, , 

高度化LSIの中心となるSRAMやDRAM等のメモリ素子に放射線が入射した場合、記憶状態の反転(Single Event Upset: SEU)による誤動作が発生する。このような問題を解決するものとしてSOI(Silicon on Insulator)デバイスが注目されている。本研究では、SOIデバイスの放射線影響を評価するため、基本構造素子としてSOI-pn接合ダイオード、さらに実デバイスとして90nmノードSOI-SRAMを用いて、炭素及び酸素の重イオンマイクロビーム照射による収集電荷挙動及びソフトエラー発生挙動について評価を行った。基本素子における重イオン照射誘起電流を解析した結果、イオン入射により発生する変位電流量は半導体表面の空乏層幅により制御可能であることなどを明らかにした。さらに実デバイスにおいては、SOIボディでの電荷発生量がクリティカルチャージより少ない場合には、各MOSFET側面のボディ電極と引き抜きパッドの距離によりソフトエラー発生率が異なること、また電荷発生量がクリティカルチャージより多い場合には、距離に関係なく発生率が一定となることを明らかとした。

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