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論文

Electrical characteristics of p-channel 6H-SiC MOSFETs irradiated with $$gamma$$-rays

菱木 繁臣; 大島 武; 岩本 直也; 河野 勝泰*; 伊藤 久義

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.173 - 176, 2006/10

六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)エピタキシャル膜上にpチャンネル6H-SiC金属-酸化膜-半導体(MOSFET)を作製し、$$gamma$$線を8.70, 4.35, 0.87kGy/hourの線量率で照射し、電気特性の変化を調べた。$$gamma$$m線の線量率が8.70, 0.87kGy/hourと4.35kGy/hourの場合ではしきい値電圧の変化量は異なり、その原因として界面準位の発生量が異なることが見いだされた。一方、$$gamma$$線照射による酸化膜中の固定電荷の発生量に違いは観測されなかった。また、$$gamma$$線照射試料のアニーリング効果を調べた結果、界面準位はアニーリング温度の増加とともに減少し350$$^{circ}$$C付近でほぼ消失するが、酸化膜中の固定電荷密度は変化しないことがわかった。

論文

Observation of charge collection efficiency of 6H-SiC n$$^{+}$$p diodes irradiated with Au-ions

岩本 直也; 大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 琢郎*; 坂本 愛理*; et al.

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.185 - 188, 2006/10

六方晶炭化ケイ素(6H-SiC) n$$^{+}$$pダイオードに12MeVの金イオンを照射し、ダイオードの電荷収集効率をイオンビーム励起過渡電流(TIBIC)によって評価した。酸素(O)及びシリコン(Si)イオンの照射では電荷収集効率(CCE)は100%であったが、金イオンでは約50%であった。イオン入射によって6H-SiC n$$^{+}$$pダイオードで発生した電子-正孔対の濃度をKobetich & Katz(KK)モデルを使って評価すると、電子-正孔対の濃度は入射イオンの原子番号が大きくなると増加することが明らかとなった。したがって、金イオンを入射した6H-SiC n$$^{+}$$pダイオードにおけるCCEの減少は、高濃度の電子-正孔対内での電子と正孔の再結合に起因することが示唆される。

論文

Performance recovery of proton-irradiated III-V solar cells by current injection

佐藤 真一郎; 宮本 晴基; 大島 武; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 河野 勝泰*; 伊藤 久義

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.161 - 164, 2006/10

陽子線を照射したIII-V族半導体太陽電池の電流注入による特性回復を調べた。InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池に50keV又は10MeVの陽子線をそれぞれ1$$times$$10$$^{12}$$及び1$$times$$10$$^{10}$$ions/cm$$^{2}$$まで室温で照射したのちに同じく室温で電流注入を行い、それらの電気特性の回復を調べた。その結果、三接合太陽電池の短絡電流は回復が見られなかったが、開放電圧が回復した。また、50keV陽子線を照射した試料は10MeV陽子線を照射した試料よりも大きな回復を示すことが判明した。

論文

Electron irradiation test method for the evaluation of space solar cells

宮本 晴基; 佐藤 真一郎; 大島 武; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 伊藤 久義; 河野 勝泰*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.189 - 191, 2006/10

宇宙用のInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池とSi太陽電池に1.0MeV, 0.8MeVの電子線を大気中にて照射(1$$times$$10$$^{15}$$$$sim$$5$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$)する際に、照射窓と試料の間の距離を20から50cmと変化させ、そのときの電気特性劣化の差異を調べた。今回の試料条件では照射される電子線のエネルギーは大気及び試料窓材(Ti)により0.93から0.71MeVまで変化するが、電子線照射による三接合太陽電池の劣化に関しては、照射窓と試料の間の距離の違いによる差異は見られなかった。Si太陽電池については0.93MeVと0.87MeVの電子線照射については変化が見られなかったが、0.73MeVまで電子のエネルギーが減衰すると劣化の減少が見いだされた。

論文

Flight demonstration of Cu(In,Ga)Se$$_{2}$$ thin-film solar cells using micro-satellite

川北 史朗*; 今泉 充*; 岐部 公一*; 大島 武; 伊藤 久義; 依田 真一*; 中村 友哉*; 中須賀 真一*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.61 - 64, 2006/10

次世代の高効率薄膜太陽電池として有望なCu(In,Ga)Se$$_{2}$$(CIGS)太陽電池の宇宙実証を行った。CIGS太陽電池は地上での照射試験及び宇宙実証試験衛星つばさ(MDS-1)での宇宙実証の結果、非常に優れた耐放射線性を有することが判明している。今回は、宇宙に大量に存在する低エネルギー電子線や陽子線の遮蔽に用いるカバーガラスを取り付けないCIGS太陽電池を用いて実証を行った。カバーガラス無しCIGS太陽電池は人工衛星「ナノマイクロサットXI-V」に搭載され2005年の10月27日にLEO(Low Earth Orbit)軌道に打ち上げられた。250日間の運用期間中、CIGS太陽電池の発電特性の劣化は全く観測されなかった。軌道での太陽電池の温度及び放射線(電子線・陽子線)量を考慮して解析をしたところ、放射線により発電特性は劣化するが、同時に温度による特性回復が起こるため結果として劣化が生じないと結論できた。

論文

Analysis of radiation response and recovery characteristics of amorphous silicon solar cells

島崎 一紀*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 岐部 公一*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.49 - 52, 2006/10

タンデム型のアモルファスシリコン太陽電池へ50keV$$sim$$10MeVの陽子線,500keV$$sim$$2MeVの電子線を照射し、発電特性の劣化を調べた。劣化挙動をMott-Rutherford断面積及びZiegler-Biersack-Littmark遮蔽ポテンシャルを考慮したNIEL(Non Ionizing Energy Loss)により解析したところ、すべてのエネルギーでの照射結果が「はじき出し損傷線量(Displacement Damage Dose: Dd)」で統一的に表現できることが見いだされ、アモルファスシリコン太陽電池の放射線劣化も単結晶半導体を用いた太陽電池と同様にDdが劣化を表す良い指標であることが判明した。また、照射後70及び130$$^{circ}$$Cでの熱処理を行ったところ、劣化した特性が未照射時と同じ値まで回復することが観測された。

論文

Si substrate suitable for radiation-resistant space solar cells

松浦 秀治*; 川北 史朗*; 大島 武; 伊藤 久義

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.157 - 160, 2006/10

CZ(Czochralski)法,MCZ(Magnetic Czochralski)法及びFZ(Floating Zone)法で作製したボロン(B)ドープシリコン(Si)基板の正孔濃度と10MeV陽子線及び1MeV電子線の照射量の関係をHall測定により調べた。その結果、CZ法のSi基板は陽子線,電子線照射量の増加とともに正孔濃度は減少し、電子線では1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$で、陽子線では2.5$$times$$10$$^{14}$$/cm$$^{2}$$で伝導型がp型からn型になることが判明した。MCZに関しても、CZに比べ正孔濃度減少率は小さいものの1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の電子線照射で正孔濃度が未照射の3$$times$$10$$^{15}$$から1$$times$$10$$^{12}$$/cm$$^{3}$$まで減少することが明らかとなった。一方、FZ法Si基板では正孔濃度の減少率は非常に小さく1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の電子線照射においてもほとんど変化がないことが判明した。製造法により基板の酸素含有が異なり、FZ, MCZ, CZの順で酸素濃度が増加することを考えると、キャリア濃度減少の原因は酸素と空孔欠陥の複合欠陥であることが示唆される。以上より宇宙用Si太陽電池基板としてはFZ法が最も適していると帰結できる。

論文

Electron radiation-induced defects in lattice mismatched InGaAs solar cells

佐々木 拓生*; 高本 達也*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 山口 真史*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.165 - 168, 2006/10

格子不整合系の高効率多接合太陽電池のミドルセルとして期待されるInGaAs太陽電池へ1MeV電子線を照射し、発生する欠陥をDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)により調べた。InGaAsはGaAs基板上に有機金属化学気相成長(MOCVD)法により作製した。作製の際に行った熱サイクル処理(TCA)の回数と電子線照射により発生する欠陥の関係を調べた結果、TCA回数の増加とともにH1(E$$_{V}$$+0.26meV),E1(E$$_{C}$$-0.32meV),E2(E$$_{C}$$-0.52meV)のすべての欠陥ピークは減少し、残留する欠陥濃度はTCAにより減少していくことが見いだされた。TCAにより結晶性が向上することから、格子不整合系では未照射時における結晶性が耐放射線性にとって重要であり、TCAを行うことで照射欠陥の生成量を低減できることが判明した。

論文

Study on optimum structure of AlInGaP top-cells for triple-junction space solar cells

森岡 千晴*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 岐部 公一*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.169 - 172, 2006/10

InGaPより優れた耐放射線性を有することから次期の宇宙用三接合太陽電池のトップセルに期待されているAlInGaP太陽電池の基板キャリア濃度や膜厚と耐放射線性の関係を調べた。有機金属化学気相成長(MOCVD)法によりGaAs基板上に作製した膜厚(500$$sim$$1500nm)やキャリア濃度(3$$times$$10$$^{16}$$$$sim$$3$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{3}$$)の異なるAlInGaP太陽電池へ3MeV陽子線を照射し発電特性の劣化を調べた。その結果、膜厚によらず開放電圧(V$$_{OC}$$)の初期特性及び劣化量は同じであること、短絡電流(I$$_{SC}$$)は膜厚が厚いものほど初期値が高いが1$$times$$10$$^{14}$$/cm$$^{2}$$照射後には膜厚によらず同じ値になることが見いだされた。一方、キャリア濃度が低いものほどI$$_{SC}$$の初期特性は高く劣化が少ないこと、V$$_{OC}$$はキャリア濃度が高いものほど初期値は高いが、劣化も大きいことが判明した。以上の結果を総合的に判断することで、今回の範囲での最適な膜厚及びキャリア濃度は、それぞれ1250nm及び3$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{3}$$であると結論できた。

論文

Decrease in hole concentration in Al-doped 4H-SiC by irradiation of 200 keV electrons

松浦 秀治*; 蓑原 伸正*; 高橋 美雪*; 大島 武; 伊藤 久義

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.181 - 184, 2006/10

電子線照射による炭化ケイ素(SiC)中の正孔濃度の変化をホール測定により調べた。試料はアルミ(Al)添加六方晶(4H)SiCを用い、200keV電子線を室温にて照射した。正孔濃度の温度依存性を測定・解析することでアクセプタ準位,アクセプタ濃度及び補償濃度を見積もったところ、200meV程度の活性化エネルギーを有するAlアクセプタ濃度は電子線照射により減少すること、それに伴い370meV程度の活性化エネルギーを有する深いアクセプタ濃度が増加することが見いだされた。200keVの電子線ではSiC中の炭素(C)のみはじき出されることから、370meVの深いアクセプタ準位はC空孔に関連する欠陥であることが示唆される。

論文

Effects of $$gamma$$ and heavy ion damage on the time-resolved gain of a low breakdown voltage Si avalanche photodiode

Laird, J. S.*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; Becker, H.*; Johnston, A.*; 伊藤 久義

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.37 - 40, 2006/10

はじき出し損傷及びトータルドーズ効果が低電圧駆動型シリコンアバランシェフォトダイオード(Si APD: Silicon Avalanche Photodiode)に及ぼす影響を電流-電圧計測システム及びピコ秒パルスレーザーシステムを用いて評価した。本研究では、100kGyまでの$$gamma$$線照射を行うことでトータルドーズ効果を、重イオン照射を行うことではじき出し損傷効果を導入した。照射後にリーク電流及びゲインの過渡応答を測定した。その結果、トータルドーズ効果によりリーク電流が増加することがわかった。しかしながら、ゲインには有意な差が現われなかった。これまで、はじき出し損傷効果よりもトータルドーズ効果によりSi APDの特性が劣化すると言われていた。しかしながら、本研究で使用したAPDは、その静特性(リーク電流)に照射劣化が見られるものの、APDを使用するうえで最も重要なゲインについては、100kGyまでの照射に耐えられることが明らかとなった。

論文

Analysis of transient current in SiC diodes irradiated with MeV ions

小野田 忍; 大島 武; 平尾 敏雄; 菱木 繁臣; 三島 健太; 岩本 直也; 神谷 富裕; 河野 勝泰*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.115 - 118, 2006/10

耐放射線性素子への期待が大きい六方晶炭化ケイ素(6H-SiC)pn接合ダイオードに対して、MeV級のイオンを照射し、誘起されるシングルイベント過渡電流(Single Event Transient Current: SETC)を測定することによって、その電荷収集挙動を調べた。さらに、電荷収集過程を明らかにするため、デバイスシミュレータ(Technology Computer Aided Design: TCAD)を使用してシミュレーションを行った。さまざまな物理モデルを比較・検討することによって、SiC中のSETCをシミュレーションするために最適な物理モデルを検討した結果、移動度モデルが重要であり、移動度の不純物依存性、キャリア散乱、高電界効果、異方性等を考慮してシミュレーションを行うことで精度が向上することを見いだした。

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。

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