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加田 渉; 佐藤 隆博; 岩本 直也; 小野田 忍; Grilj, V.*; Skukan, N.*; 牧野 高紘; 江夏 昌志; Jak
i
, M.*; 大島 武; et al.
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.70 - 73, 2012/12
ダイヤモンドは高い電荷収集効率と放射線耐性、さらにはワイドギャップ半導体としての特性による常温環境下での低雑音特性 から、シングルイオンヒットを構成する荷電粒子を個別に計測する透過型検出器の材料として検討されている。本研究では、結晶サイズ4.6mm
4.6mmで50
m厚の単結晶CVDダイヤモンド薄膜を用いた透過型検出器を製作し、1-3MeV H
及び15MeV O
の局所照射を行うことにより、これまでに実験報告例がないイオンマイクロビーム照射下でのダイヤモンドの照射損傷耐性を評価した。1m径の3MeV Hビームでの薄膜検出器全体の走査により、その内部で一様な電荷収集効率を有していることを確認した。次いで、1.5m径の15MeV Oを50m50mの領域ごとに順次照射を行った。イオン誘起電荷のパルス信号を連続的に計測したところ、照射領域内でイオン照射量が多くなるに伴い、パルス信号の波高値が減少することが確認され、この現象は、試料内部の印可電圧のリセットにより復元することを見いだした。本研究によりイオンマイクロビーム照射によりダイヤモンド結晶の表面や内部に形成された欠陥において、ポーラリゼーション効果が発現することが示唆された。
百合 庸介; 湯山 貴裕; 石坂 知久; 石堀 郁夫; 奥村 進
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.97 - 100, 2012/12
A nonlinear focusing method has been studied to form an ion beam with a large-area uniform transverse intensity distribution using octupole magnets at the TIARA cyclotron facility for use in materials and biological sciences. The uniform intensity distribution can be formed on the target by folding the tail of a Gaussian distribution with the nonlinear focusing force of octupole magnets in this method. Therefore, the whole of a large-area sample can be irradiated uniformly at a constant fluence rate. The recent progress will be reported on the uniform beam formation in this presentation. Commissioning of the heavy-ion beam transport has been performed to explore beam characteristics and optimize operation parameters. The uniform intensity distribution with a root-mean-square uniformity of 5% has been obtained in 9 cm square using 10-MeV proton beams, so far. Such a large-area proton uniform beam has been used for the radiation degradation test of space solar cells.
出来 真斗; 牧野 高紘; 富田 卓朗*; 橋本 修一*; 児島 一聡*; 大島 武
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.78 - 81, 2012/12
炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタへ電圧を印加した状態で重イオンを照射し、ゲート酸化膜の絶縁破壊電界(E
)と入射イオンのエネルギー付与(Linear Energy Transfer: LET)との関係を調べた。n型六方晶(4H)SiC MOSキャパシタへ、9MeVのニッケル(Ni)、18MeVのNi、322MeVのクリプトン(Kr)及び454MeVのキセノン(Xe)を照射した。それぞれのイオンのLETは、14.6, 23.8, 42.2及び73.2MeVcm
/mgである。その結果、LETの増加に伴うE
の低下が確認され、Eの逆数とLETには直線関係があることが見いだされた。この直線関係はシリコン(Si)MOSデバイスにおいても報告されているが、SiCの場合は半導体内部で1個の電子正孔対を生成するエネルギーがSiと比較して大きいことから、Siに比べ傾きがなだらかとなることが判明した。
牧野 高紘; 出来 真斗; 岩本 直也; 小野田 忍; 星乃 紀博*; 土田 秀一*; 大島 武
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.66 - 69, 2012/12
SiCデバイスのイオン誘起破壊現象の発生メカニズム解明を目指し、n型六方晶(4H)SiCショットキーダイオード内で発生する電荷量を測定した。ショットキーダイオードは、n型4H-SiC基板の上に成長させた30m厚のエピタキシャル層上に作製した。照射は、ダイオード内での飛程約26mを持つKr-322MeVを用いた。ダイオードに逆方向電圧を印加し、収集される電荷量をチャージアンプ(ORTEC 142C)で測定した。測定の結果、400V以上の電圧を印加した場合、Krがダイオード内に生成する電荷量を越えた電荷収集が発生した。イオン入射数と観測された電荷発生イベント数が同じであることから、この過剰な電荷は、ダイオード内に生成された電荷が何らかの理由で増幅されたものといえる。ダイオードは電荷によって破壊されることから、SiCショットキーダイオードの破壊現象の発生メカニズムにとって重要な知見といえる。
佐藤 真一郎; Kevin, B.*; 大島 武
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.44 - 47, 2012/12
陽子線照射されたa-Si/a-SiGe/a-SiGe三接合太陽電池の発電特性の劣化挙動についてその場測定装置を用いて詳細に調べた。その結果、陽子線照射による劣化ははじき出し線量という単位によって統一的にスケールすることができ、陽子線照射劣化がおもにはじき出し損傷効果に起因していることが明らかになった。また、照射直後の特性の回復を調べたところ、発電性能を示すパラメーターのすべてが室温で有意に上昇した。特に、短絡電流の回復が顕著であり、これは照射欠陥の室温回復に基づくキャリア寿命の増加に起因するものであると考えられる。
中村 徹哉*; 今泉 充*; 管井 光信*; 佐藤 真一郎; 大島 武
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.48 - 51, 2012/12
本研究では、エレクトロルミネセンス(EL)を用いることで多接合太陽電池中の各サブセルの電流電圧特性を評価し、それによって多接合太陽電池全体の放射線劣化を予測する手法を考案した。ELによるサブセルの電流電圧特性評価法では、シャント抵抗と直列抵抗以外のパラメータを導出することが可能であり、また残されたふたつの重要パラメータは、カラーバイアス光照射下での電流電圧特性と回路シミュレータを用いた解析から求めることができる。この手法を用いてInGaP/GaAs二接合太陽電池の電子線照射による発電特性の劣化を予測したところ、実験結果をよく再現したことから、本手法の有効性が示された。
岩本 直也; Johnson, B. C.; 大島 武; 星乃 紀博*; 伊藤 雅彦*; 土田 秀一*
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.62 - 65, 2012/12
Thermal annealing effects on the charge collection efficiency (CCE) of an electron-irradiated 4H-SiC Schottky barrier diode (SBD) particle detector have been studied. The SBD particle detector was irradiated with 1 MeV electrons to a fluence of 110
cm
and subsequently annealed between 100 
C and 600 C for 30 minutes. The CCE of the SBD was characterized by using 5.5 MeV alpha particles. Before the electron irradiation, a CCE value of 100% is obtained at a reverse bias voltage of 20 V and higher. Degradation of the CCE is seen after electron irradiation and is more pronounced at lower bias voltages. The degraded CCE recovers as the anneal temperature increases up to 300 C. However, the CCE starts to decrease again by 350 C. From these results, it is concluded that thermal annealing for the recovery of SBD particle detector performance should not exceed 300 C.
槇原 亜紀子*; 横瀬 保*; 土屋 義久*; 谷 幸一*; 森村 忠昭*; 阿部 浩之; 新藤 浩之*; 海老原 司*; 丸 明史*; 森川 剛一*; et al.
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.119 - 122, 2012/12
これまでおもにディジタル回路へ使用していたSOI(Silicon On Insulator)とペアのトランジスタを配置する冗長化技術を活用したアナログ回路用の新たなRHBD(Radiation Hardening By Design)技術を提案して、PLL(Phase-Locked Loop)等のアナログ回路へ応用することで、その耐放射線の向上を検討した。この技術は、従来の三重の冗長系を組むRHBD技術に比べ、非常にシンプルであるとともに電力消費や面積増大の損失も比較的少ないという特徴を持つ。このRHBD技術を600MHz、0.15m技術でFD(Fully Depleted)SOI基板上に作製したPLLに適用したところ、LET(Linear Energy Transfer)が68.9MeV/(mg/cm
)という高い値でも誤動作を生じないことが実証された。
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。
星野 英二郎*; 小林 大輔*; 牧野 高紘; 大島 武; 廣瀬 和之*
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.130 - 133, 2012/12
CPUを動かすためのクロック信号は、アナログ部分とデジタル部分を持ったフィードバック回路からなる位相同期回路PLL(Phase-Locked Loop)によって供給される。放射線環境下でCPUを使うにはPLLの放射線耐性を確保する必要がある。われわれは0.2mのFDプロセスのSOI(Silicon On Insulator)基板を用い、アナログ部分の冗長化、デジタル部分の段積み化を組合せて耐放射線化を施したSOI-PLLを設計・試作した。本研究ではTIARAサイクロトロンを用い重イオン線照射試験を行い放射線耐性を検証した。誤動作数から算出した反応断面積と、LETの関係から、飽和断面積は410
cm程度であり冗長化が有効に機能していることが見いだされた。飽和断面積の絶対値に関しては回路シミュレーションの結果より約2桁大きいことが判明した。この違いはシミュレーションで採用した放射線照射位置と周波数の仮定に起因すると考えられ、今後のさらなるエラー波形解析が必要といえる。
迫間 昌俊*; 阿保 智*; 増田 直之*; 若家 富士男*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 平尾 敏雄*; 大島 武; 岩松 俊明*; 尾田 秀一*; et al.
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.115 - 118, 2012/12
Soft Error Rates (SERs) in Partially Depleted (PD) Silicon-On-Insulator (SOI) Static Random Access Memories (SRAMs) with a technology node of 90 nm have been investigated by hydrogen (H), helium (He), lithium (Li), beryllium (Be), carbon (C) and oxygen (O) ions, accelerated up to a few tens of MeV using a tandem accelerator. The SERs increased with increasing the amount of the generated charge in the SOI body by a floating body effect, even if the amount of the generated charge was less than the critical charge. The SERs with the generated charge in the SOI body more than the critical charge were almost constant. These results suggest that the floating body effect induces soft errors by enhancing the source-drain current and increasing the body potential.
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.93 - 96, 2012/12
We have developed two systems to acquire two-dimensional maps of Single Event Effects (SEEs) by using focused microbeams. While the microbeam has many advantages for SEE testing, the transport and optimization of the microbeam requires much time and effort, especially for high energy heavy ions. Therefore the mapping system with less effort is required, and we are developing the Ion Photon Emission Microscopy (IPEM). Since the spatial resolution is determined by the spot size and the intensity of luminescence, the scintillator is one of the most important parts of IPEM. We propose that the diamond containing Nitrogen Vacancy (NV) centers can be used as a scintillator. For both diamond and YAG:Ce proposed by Sandia National Laboratories, the minimum spot size is a few micrometers. IBIL intensity from diamond is four times higher than that from YAG:Ce. Therefore, we propose that the diamond containing NV centers is a rival candidate of YAG:Ce for IPEM.
前田 高広*; 垣見 征孝*; 明石 健二*; 大島 武; 小野田 忍
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.27 - 28, 2012/12
In order to develop a small satellite, the general electronic (Commercial Of The Self: COTS) devices have to be used because of some severe restrictions of resource for installed components. For this reason, it is important to evaluate the reliability of COTS devices. Therefore, the various type of heavy ions have been irradiated to COTS devices. We have evaluated the probability of Single Event Effects (SEEs) in COTS devices. Finally we predicted the occurrence of SEEs when COTS devices are brought to orbit. As a result, we found that COTS devices tested here have enough reliability for the mission of our small satellite.
久保山 智司*; 水田 栄一*; 池田 直美*; 阿部 浩之; 大島 武; 田村 高志*
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.138 - 141, 2012/12
パワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)では、シングルイベントゲートラプチャー現象と呼ばれるデバイス中のゲート酸化膜が破壊を起こす現象が発生する。この現象によって引き起こされる故障モードは、宇宙放射線環境で使用される装置に重大なダメージを及ぼすためその発生メカニズム解明と対策が強く要求されている。今回、異なる構造を持つMOSFETを作製し、315MeV-Krイオン照射を行った。その結果ゲート酸化膜端にイオンがヒットした場合、発生するホットキャリアが基板内の電界を変化させソースとドレインが短絡して電流が増幅する新たな発生モードを観測した。