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論文

Analysis of transient current induced in silicon carbide diodes by oxygen-ion microbeams

大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 山川 猛; 小野田 忍; 若狭 剛史; Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 伊藤 久義; et al.

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.177 - 180, 2004/10

炭化ケイ素半導体(SiC)を用いた耐放射線性検出器開発のために、15MeV酸素マイクロビームが入射することでSiC pnダイオード中に誘起される過渡電流を調べた。SiC pnダイオードは、p型六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板に高温(800$$^{circ}$$C)リンイオン注入後アルゴン中で1650$$^{circ}$$C,3分間の熱処理をすることでn$$^{+}$$層を形成し、作製した。過渡電流は原研高崎TIARAタンデム加速器に接続された単一イオン入射過渡イオンビーム誘起電流(TIBIC)システムにて評価を行った。その結果、印加電圧の増加とともに過渡電流シグナルのピークが高くなり、かつ収集時間が短くなることが観測された。この結果は、印加電圧の増加とともに電界強度が強く、空乏層長が伸びることで説明できる。過渡電流シグナルを積分することで収集電荷を見積もったところ、印加電圧の増加とともに収集効率が上昇し、100V以上では100%の収集効率であることが確認できた。

論文

Change in the electrical characteristics of p-channel 6H-SiC MOSFETs by $$gamma$$-ray irradiation

大島 武; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.191 - 194, 2004/10

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いたpチャンネル金属-酸化膜-絶縁体電界効果トランジスタ(MOSFET)を高線量まで計測可能な線量計へ応用するために、$$gamma$$線照射による電気特性の変化を調べた。pチャンネルMOSFETはn型六方晶(6H)SiCエピタキシャル基板上にフォトリソ技術を用いて作製した。ソース及びドレイン領域は800$$^{circ}$$Cでのアルミイオン注入及び1800$$^{circ}$$C,10分間の熱処理により形成した。ゲート酸化膜は1100$$^{circ}$$Cでの水素燃焼酸化により作製した。$$gamma$$線照射は0.1MR/hで、室温,印加電圧無し状態で行った。電流-電圧測定を行った結果、しきい値電圧は$$gamma$$線照射により単調に負電圧側にシフトすることが明らかとなった。さらに、subthreshold領域のドレイン電流-ゲート電圧特性を解析することで$$gamma$$線照射により発生した酸化膜中固定電荷及び界面準位を見積もったところ、固定電荷と界面準位は照射量とともに増加すること、及び固定電荷は1$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$、界面準位は8$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$で飽和傾向を示すことを見いだした。また、チャンネル移動度は、$$gamma$$線照射量の増加とともに減少する結果が得られた。これは、界面準位の発生によりチャンネルに流れるキャリアが散乱されることに起因すると考えられる。

論文

Change of majority-carrier concentration in p-type silicon by 10 MeV proton irradiation

岩田 裕史*; 鏡原 聡*; 松浦 秀治*; 川北 史朗*; 大島 武; 神谷 富裕

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.143 - 146, 2004/10

宇宙用シリコン(Si)太陽電池の高線量域での特性の急落現象は多数キャリア濃度の減少によることが明らかとなっているが、この現象を詳細に解釈するために、製造方法(CZ法,FZ法),不純物の種類(ボロン(B),アルミ(Al)及びガリウム(Ga))及び濃度の異なるp型Si基板に10MeV陽子線を照射し、多数キャリア濃度の変化を調べた。キャリア濃度はホール計数測定により求めた。その結果、2.5$$times$$10$$^{14}$$/cm$$^{2}$$の陽子線照射により、CZ法で製造された全ての基板は、多数キャリアの種類が正孔から電子へと変化することを見いだした。一方、FZ法で製造した基板は同様な陽子線照射を行ってもキャリア濃度は減少するものの多数キャリアは正孔のままであった。FZ法はCZ法に比べ残留する酸素不純物の濃度が少ないことより、酸素関連の欠陥が多数キャリアの逆転に関与していると示唆される。

論文

Development of a high-energy heavy ion microbeam system at the JAERI AVF cyclotron

佐藤 隆博; 及川 将一*; 酒井 卓郎; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 福田 光宏; 横田 渉; 神谷 富裕

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.207 - 210, 2004/10

日本原子力研究所高崎研究所のAVFサイクロトロンにおいて、空間分解能1$$mu$$mの走査型集束方式高エネルギー重イオンマイクロビーム形成システムの開発を行っている。これは、半導体デバイスの放射線耐性試験や生物医学におけるマイクロサージェリーに用いられる。スリット, ビームスキャナ, 四重極電磁石等の主要な機器の設置は2002年に終了し、2003年から試験運転を開始したので、これまでの結果について報告する。

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 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

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

Time-resolved laser and ion microbeam studies of single event transients in high-speed optoelectronic devices

Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 若狭 剛史; 山川 猛; 阿部 浩之; 神谷 富裕; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.125 - 129, 2004/10

人工衛星に搭載されているオプトエレクトロニックデバイスの一種であるフォトダイオードで発生するシングルイベント効果の発生機構を解明するために、イオン及びレーザ照射を行いシングルイベント過渡応答を調べた。Si PINフォトダイオードで発生する過渡電流は、両極性及び極性の2つの期間に分類できることがわかった。前者は空間電荷(SC)効果が原因であると判明した。さらに、デバイスシミュレータを利用した計算より、過渡電流は電子及び正孔の誘導電流及び変位電流の総和で表されることが明らかになった。一方、GaAs MSMフォトダイオードで発生する過渡電流はSi PINフォトダイオードと比較して、SC効果の持続時間が短い結果が得られた。この違いは、素子構造が異なることによって、MSMはPINフォトダイオードと比較して、デバイス中に付与されるエネルギーが小さいこと、及び表面効果が大きいこと等が原因であると考えられる。

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

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 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

Study on proton-induced single event upset in Sub-0.1$$mu$$m CMOS LSIs

福井 大伸*; 濱口 雅史*; 吉村 尚夫*; 親松 尚人*; 松岡 史倫*; 野口 達夫*; 平尾 敏雄; 阿部 浩之; 小野田 忍; 山川 猛; et al.

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.169 - 172, 2004/10

近年の半導体製造技術の発展に伴う素子の微細化には、幾つかの問題が存在する。その一つに宇宙線によるソフトエラーの発生増加が挙げられる。ソフトエラーの増加は、システムの不良に直結し、その結果、社会基盤に重大な影響を与えると予想される。今後、性能向上、コストの低減を目的として最小寸法が50nm以下の超微細CMO SLSIの量産を実現するうえで宇宙線に起因するSEU(Single Event Upset)の防止策の確立を図ることは、必要不可欠である。本研究の目的はソフトエラー耐性の高い素子を備えた回路の設計指針を得ることである。この一環としてCMOS素子に、日本原子力研究所高崎研究所のサイクロトロンを用いて、20, 50, 80MeVのプロトン照射を実施し、それぞれのプロトン照射で生じるエラー数と照射量との関係からSEU反転断面積を調べた。その結果、入力レベルが高(High)の時のSEU反転断面積は入力レベルが低(Low)と同じであること、さらにSEU反転断面積は照射エネルギー50MeV近傍で極大値を持つことがわかった。

論文

Evaluation of transient current induced by high energy charged particles in Si PIN photodiode

小野田 忍; 平尾 敏雄; Laird, J. S.; 若狭 剛史; 山川 猛; 岡本 毅*; 小泉 義春*; 神谷 富裕; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.173 - 176, 2004/10

近年、高エネルギー陽子がフォトダイオード中で誘起するビットエラーに関心が高まっている。高エネルギー陽子がフォトダイオード中を通過するとき、弾性散乱や核反応によって副次的に高エネルギー荷電粒子が放出される。例えば、シリコンの結晶に陽子が入射すると、最大数十MeVのエネルギーを持ったHe, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P等の荷電粒子が生成される。これらの荷電粒子は半導体素子中でエネルギーを失い、高密度の電子正孔対を生成する。その結果、シングルイベント過渡電流が発生し、ビットエラーが引き起こされる。このような背景から、荷電粒子による過渡電流を調べることが重要な案件であると考えられている。本実験では、TIARAのタンデム加速器からのさまざまなエネルギーを持つC, N, O及びSiイオンが誘起する過渡電流を測定した。実験結果から、さまざまな条件下でのパラメータ取得を行うことができた。また、測定結果とモデル計算による結果を比較し、PINフォトダイオードで発生する過渡電流について議論した。

論文

The Degradation of the electrical properties of IGBTs by 2-MeV electron irradiation at high-temperatures

中林 正和*; 大山 英典*; Hanano, N.*; 平尾 敏雄; Simoen, E.*; Claeys, C.*

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.183 - 186, 2004/10

IGBTの電気特性の放射線劣化について、2MeV電子線の高温で照射を行い、評価した。電子線照射の実験は高崎研究所の電子加速器を使用し、フラックスは10$$^{15}$$e/cm$$^{2}$$で固定し、照射中の温度を室温, 100, 200, 300$$^{circ}$$Cと変化させた。電気測定の結果、しきい電圧は照射温度100$$^{circ}$$Cで部分的に回復し、飽和電圧の増加が100$$^{circ}$$Cで最も顕著であることがわかった。また、この温度範囲では、放射線で誘起した界面準位による電圧シフトと固定電荷による電圧シフトの挙動が異なることが判明した。本ワークショップではこれらの違いについて解析し議論を行う。

論文

Effect of damage on transient current waveform observed in GaAs schottky diode by single ion hit

平尾 敏雄; Laird, J. S.; 小野田 忍; 若狭 剛史; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.187 - 189, 2004/10

荷電粒子が半導体中を通過する際、シングルイベント効果と呼ばれる電離作用による過渡電流パルスの発生はよく知られている。われわれはシングルイベント発生機構の解明とモデル構築を行う研究の一環として、短時間で発生する過渡電流波形の測定を実施し、入射イオンと発生電荷量との関係等のデータの蓄積を図っている。本研究では、GaAsショットキーダイオードを試料とし、イオンで発生する損傷が過渡電流の伝搬に及ぼす影響を明らかにするため、入射イオンの増加に伴う過渡電流波形の低下を系統的に調べ、損傷の効果について議論する。

論文

Comparison of COTS SRAMs and SDRAMs on total ionizing dose tolerance

竹内 広一郎*; 秋山 正嗣*; 平尾 敏雄

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.195 - 199, 2004/10

民生用半導体部品の宇宙適用検証のためには、実用環境に近い低線量率照射場で半導体部品の劣化評価を行い、劣化に及ぼす線量率の影響を明らかにする必要がある。本研究では、衛星に搭載が計画されている民生用半導体素子のSRAMとSDRAMに対し、原研高崎研の低線量率コバルト照射施設を使用し劣化評価試験を実施した。照射線量率は0.5Gy/h$$sim$$50Gy/hの範囲で変化させ累積線量は300Gyとした。その結果、300Gyまでの照射量では、両部品とも十分な耐性があることが確認できた。本ワークショップでは、これら照射効果の解析について発表し、試験方法に関する議論を行う。

論文

Measurement and analysis of single event transient current induced in Si devices by quasi-monoenergetic neutrons

若狭 剛史; 平尾 敏雄; 佐波 俊哉*; 小野田 忍; 阿部 浩之; 田中 進; 神谷 富裕; 岡本 毅*; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.213 - 216, 2004/10

近年では半導体デバイスの高集積化・微細化に伴い、地上で使用されるデバイスについてもシングルイベント現象の発生が問題となっている。地上におけるシングルイベント現象は宇宙線が大気と反応して二次的に生成する中性子が誘発すると考えられており、最先端デバイスに対する中性子耐性の評価が急務となっている。本研究では、中性子により誘発されるシングルイベント現象の発生素過程を解明することを目的とし、中性子入射時に発生するシングルイベント過渡電流の測定を行った。シングルイベントの測定は、シリコンpinフォトダイオードにエネルギー65MeVの準単色中性子を照射して実施し、この結果、さまざまな形状を有した過渡電流波形が取得できた。これらの結果をもとに収集電荷分布を算出し、PHITS(Particle and Heavy Ion Transport code System)コードを用いたシュミレーション計算を実施して実験結果との比較を行った。その結果、収集電荷分布の実験値とシミュレーション結果との良い一致が得られ、生成した収集電荷が核反応による2次粒子とその分裂片に起因することがわかった。本ワークショップでは、中性子を用いたシングルイベント過渡電流測定の方法と得られた結果について議論する。

論文

Possibility analysis of Cu(InGa)Se$$_{2}$$ thin-film solar cells for space use

川北 史朗*; 島崎 一紀*; 今泉 充*; 桑島 三郎*; 依田 真一*; 大島 武; 伊藤 久義

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.151 - 154, 2004/10

地上試験において観測されたCu(In,Ga)Se$$_{2}$$太陽電池の放射線劣化特性の回復現象を考慮することで、民生部品実証衛生MDS-1を用いた宇宙試験でのCu(In,Ga)Se$$_{2}$$太陽電池の特性変化を解析した。バンアレン帯を横切る軌道を周回するMDS-1での1年間の試験後においてもCu(In,Ga)Se$$_{2}$$太陽電池の発電特性はほとんど劣化せず、開放電圧が約1%のみの低下という非常に高い耐放射線性が確認できた。MDS-1軌道の平均温度(70$$^{circ}$$C),同程度の温度における地上試験で得られた劣化の回復率1$$times$$10$$^{-5}$$/s(短絡電流)及び2$$times$$10$$^{-6}$$/s(開放電圧)、並びにMDS-1軌道での放射線量を考慮して太陽電池の特性変化を解析した結果、放射線照射による劣化と熱アニールによる回復が同時に起こり、結果的に、軌道上では無劣化になると考えられ、軌道での実証試験結果と地上試験データを用いた計算結果に良い一致が得られた。

論文

Study of high-energy proton and electron irradiation effects on poly- and single-crystalline CuInSe$$_{2}$$ films

岡田 浩*; 夏目 聡*; 若原 昭浩*; 吉田 明*; 大島 武; 神谷 富裕

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.147 - 150, 2004/10

カルコパイライト系の薄膜太陽電池の放射線劣化機構解明のために真空蒸着法やRFスパッタ法で作製した多結晶や単結晶CuInSe$$_{2}$$薄膜の陽子線及び電子線照射効果を調べた。加速エネルギー380keVの陽子線,2MeVの電子線を室温にてCuInSe$$_{2}$$薄膜へ照射した。その結果、陽子線,電子線ともに照射量の増加とともに電気抵抗が上昇した。抵抗上昇の温度依存性を測定し、比較したところ、電子線照射の場合、1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$以下の照射では結晶粒界を越えて電流が流れるための活性化エネルギーが33meV減少したのに比べ、2$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$照射では53meVとなった。同様の変化は陽子線照射においても観測され、5$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$の照射により9.7meV低下することが見いだされた。

論文

Carrier removal and defect generation in lattice-mismatched InGaP under 1 MeV electron irradiation

Ekins-Daukes, N. J.*; Lee, H. S.*; 佐々木 拓生*; 山口 真史*; Khan, A.*; 高本 達也*; 安居院 高明*; 上村 邦夫*; 兼岩 実*; 今泉 充*; et al.

Proceedings of 6th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-6), p.87 - 91, 2004/10

高効率太陽電池への応用が期待される格子不整合系InGaP太陽電池(In$$_{0.56}$$Ga$$_{0.44}$$P)へ1MeV電子線を照射し太陽電池特性の変化を調べた。その結果、3$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$程度の照射により、一時的に短絡電流が増加するという特異な振る舞いが観測された。この原因を調べるため分光感度特性を調べたところ、長波長側での光吸収が増加することが明らかとなった。さらに、キャリア濃度を調べた結果、キャリア減少率が1.3/cmであると見積もられた。このことより、3$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$程度の照射により太陽電池基板の多数キャリアが減少し、その結果、一時的な空乏層長の伸長が生じ、より深部(長波長の光により発生した)のキャリアが収集されて、短絡電流が一時的に増加しすると結論づけられた。

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