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安部 晋一郎; Liao, W.*; 真鍋 征也*; 佐藤 達彦; 橋本 昌宜*; 渡辺 幸信*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 66(7, Part 2 ), p.1374 - 1380, 2019/07
被引用回数：7 パーセンタイル：61.94(Engineering, Electrical & Electronic)二次宇宙線中性子起因シングルイベントアップセット(SEU: Single Event Upset)は、電子機器の深刻な信頼性問題として知られている。中性子照射施設における加速試験はソフトエラー発生率(SER: Soft Error Rate)の迅速な評価に有用だが、実環境におけるSERへの換算や、他の測定データとの比較を行う際には、測定条件に起因する補正が必要となる。本研究では、影響を及ぼす測定条件を明らかにするために、SEU断面積に対する中性子照射方向の影響を調査した。その結果、封止剤側から照射して得られたSERがボード側から照射したときと比べて30-50%高いことが判明した。そのため、測定値を報告する際には中性子の照射方向も明示する必要性があることがわかった。また、この結果は、デバイスを設置する際に封止剤を下に向けることでSERを減らせることを示している。
真鍋 征也*; 渡辺 幸信*; Liao, W.*; 橋本 昌宜*; 中野 敬太*; 佐藤 光流*; 金 政浩*; 安部 晋一郎; 濱田 幸司*; 反保 元伸*; et al.
IEEE Transactions on Nuclear Science, 65(8), p.1742 - 1749, 2018/08
被引用回数：8 パーセンタイル：62.99(Engineering, Electrical & Electronic)近年、半導体デバイスの放射線耐性の低下に伴い、二次宇宙線ミューオンに起因する電子機器の誤動作現象が注目されている。本研究では、J-PARCにおいて半導体デバイスの設計ルール65nmを持つUTBB-SOI SRAMへミューオンを照射し、シングルイベントアップセット(SEU: Single Event Upset)断面積のミューエネルギーおよび供給電圧に対する依存性を明らかにした。実験の結果、ミューオンの照射エネルギーが35MeV/cから39MeV/cの範囲では、正ミューオンに比べて負ミューオンによるSEU断面積が2倍から4倍程度高い値となった。続いて、供給電圧を変化させて38MeV/cのミューオンを照射したところ、電圧の上昇に伴いSEU断面積は減少するが、負ミューオンによるSEU断面積の減少幅は、正ミューオンと比べて緩やかであることを明らかにした。さらに、PHITSを用いて38MeV/cの正負ミューオン照射実験を模擬した解析を行い、負ミューオン捕獲反応によって生成される二次イオンが、正負ミューオンによるSEU断面積のミューエネルギーおよび供給電圧に対する傾向の差異の主因となることが判った。
Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 若狭 剛史; 山川 猛; 阿部 浩之; 大山 英典*; 神谷 富裕
JAERI-Review 2004-025, TIARA Annual Report 2003, p.14 - 16, 2004/11
アバランシェフォトダイオードのような光通信用素子は近年人工衛星に搭載されるようになってきており、その放射線耐性の評価が強く求められている。高エネルギー荷電粒子がSiフォトダイオードに入射すると、アバランシェ破壊が引き起こされるとの報告がなされた。本研究では、光通信素子のシングルイベント効果を明らかにするため、2.5GHzのInPアバランシェフォトダイオードに高エネルギーイオンを入射し、その時に発生する電荷収集の過渡過程と入射位置依存性を調べた。その結果、印加電圧が-35V付近になると急激な電荷収集が行われることや、エッジ近傍でスパイクの大きい過渡電流が流れることがわかった。本研究会では、イオン入射位置とアバランシェ効果による電荷収集について議論する。
平尾 敏雄; Laird, J. S.; 小野田 忍; 若狭 剛史; 伊藤 久義
Proceedings of the 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。
神谷 富裕; 平尾 敏雄; 小林 泰彦
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 219-220, p.1010 - 1014, 2004/06
被引用回数：8 パーセンタイル：48.81(Instruments & Instrumentation)日本原子力研究所高崎研究所のTIARAでは4種類のイオンマイクロビーム装置(重イオン, 軽イオン, コリメート型高エネルギー重イオン、及び集束方式高エネルギー重イオン)をもち、それぞれイオンと物質との相互作用の特殊性(照射影響がミクロに局在化する)を活かしたユニークな応用利用が行われている。従来のマイクロビームの応用はマイクロPIXEに代表されるようなMeV軽イオンによる非破壊局所分析が主であったのに対して、TIARAでは、タンデム加速器及びサイクロトロン加速器からのMeV~数100MeVの重イオンによるシングルイオンヒット技術を応用し、高エネルギー重粒子による半導体素子や生物細胞へのシングルイベント効果や照射損傷の機構研究やリスク評価に関する研究に重点をおいている点に特色がある。今回の発表では、シングルイオンヒット技術についてこれまでの開発の経緯と今後の展望について述べ、併せてこれを用いた最新の応用研究成果について紹介する。
横田 渉; 荒川 和夫; 奥村 進; 福田 光宏; 神谷 富裕; 中村 義輝
Proceedings of 4th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application, p.179 - 184, 2000/10
高崎研のイオン照射施設(TIARA)では、ビーム利用研究の進展に合わせてさまざまな実験装置が作られている。3MVタンデム加速器の重イオン用シングルイオンヒットマイクロビーム装置は、宇宙用半導体のシングルイベント効果の研究に利用されてきた。新たにサイクロトロンビームを用いた高エネルギー重イオンシングルイオンヒットマイクロビーム装置の開発が進められている。加速器技術にも多くの進展があり、イオンビームの利用範囲を広げている。サイクロトロンには金属イオン用ECRイオン源が設置され、カクテルビーム加速ではM/Q=2,4,5について技術開発を終えている。またサイクロトロン磁場の安定化により、ビームが時間とともに減少する現象が大きく改善された。さらに、将来計画として超伝導サイクロトロンの建設が提案されている。本講演ではこれらの装置、技術開発及び将来計画を詳しく紹介する。
梨山 勇; 松田 純夫*
放射線と産業, (79), p.10 - 15, 1998/00
TIARAを用いた6年間にわたる宇宙半導体の放射線効果の研究について、その経緯と主な成果を紹介する。まず、Si及びGaAs太陽電池の大線量照射において、前者は突然死を起こすが後者は起こさないこと、得られたデータは人工衛星の寿命予測に貢献したことを述べる。次に、シングルイベント耐性評価手法の開発とこれを用いた宇宙用LSIの試験結果を示す。また、カクテルイオンビーム開発による照射試験能率の大幅な向上にも触れる。重イオンマイクロビームを用いた実験により、SOI基板を用いることでシングルイベント耐性を向上できること、並びに民生部品の宇宙利用に必要な放射線試験についても詳しく述べる。
梨山 勇
マテリアルライフ, 9(2), p.69 - 72, 1997/04
宇宙環境下で広く用いられているシリコンデバイスのうち、太陽電池とLSIについて宇宙放射線の影響を解説する。人工衛星の太陽電池は宇宙放射線を受け易く、照射損傷に起因する出力劣化は人工衛星の寿命を決める要因となっている。最近、陽子線や電子線の照射によりシリコン太陽電池の出力が初期値の30~40%に達すると、突然ゼロになる現象を見出した。この現象を解析した結果、出力の急落は少数キャリアのドリフト長の低下に起因することが分かった。LSIに関しては、銀河宇宙線に含まれる超高エネルギーの重イオンがLSIに入射して発生するシングルイベント効果のメカニズムを説明し、実際の宇宙環境で使用されているメモリー素子のシングルイベント・ソフトエラーについての実験結果を紹介する。
梨山 勇; 平尾 敏雄; 伊藤 久義; 大島 武
JAERI-Conf 97-003, p.22 - 25, 1997/03
TIARAを用いて高崎研で行っている宇宙用半導体の放射線効果について、最近の主要な成果を報告する。シリコン太陽電池に
10
p/cm
の陽子線、10
e/cmの電子線を照射すると、太陽電池の出力が突然ゼロになる突然死現象の発見とそのメカニズムの解明の概略を説明する。次に、サイクロトロン重イオンを用いて宇宙用メモリー素子を照射し、発生するシングルイベント効果を評価した結果、並びに、そのために開発した照射技術について詳しく述べる。我々が開発した照射技術は、散乱ビーム照射法、反跳原子照射法、走査ビーム直接照射法の3手法であり、これを組み合わせてシングルイベント効果を評価する。最後に、重イオンマイクロビームを用いてシングルイベント過度電流を測定し、拡散電流成分とドリフト電流成分の分離測定に成功した結果について述べる。
神谷 富裕; 須田 保*; 田中 隆一
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 118(1-4), p.447 - 450, 1996/09
被引用回数：34 パーセンタイル：92(Instruments & Instrumentation)宇宙用半導体素子におけるシングルイベント効果の微視的機構解明のため、高エネルギーシングルイオンヒットシステムが原研重イオンマイクロビーム装置に組合わされた。シングルイオンヒットシステムではシングルイオン検出器と高速ビームスイッチによって試料へのイオン入射のタイミングと個数が制御できる。シングルイオン検出器の検出効率は15MeV Niに対して100%であった。高速ビームスイッチのスイッチング時間は150nsで、その間での多重ヒットの確率がら、シングルイオンヒットシステムによる極微小電流領域での電流計測と制御の可能性が評価された。
梨山 勇; 平尾 敏雄; 伊藤 久義; 神谷 富裕; 内藤 一郎*; 松田 純夫*
Proceedings of 3rd European Conference on Radiations and their Effects on Components and Systems (RADECS 95), p.94 - 100, 1995/09
サイクロトロン重イオンビーム及びタンデム加速器重イオンビーム(マイクロビーム)を用いた、宇宙用半導体の照射実験装置の開発結果を紹介する。前者は散乱ビーム照射、反跳原子照射、直接ビーム照射を一台装置で行えるものである。後者は集束型イオンマイクロビームと広帯域デジタルサンプリング法を組み合わせて、ピコ秒の過渡電流を測定したものである。この手法の開発によって、シングルイベント効果で半導体中に発生する電流を調べ、速いドリフト及びファネリング成分と遅い拡散成分を実験的に分離することができた。これは世界で初めてのものである。
神谷 富裕
Radioisotopes, 44(8), p.570 - 590, 1995/08
イオンマイクロビームは、PIXE、RBSおよびNRAなどの物質とイオンビームの相互作用の素課程を利用した微量元素分析を試料の微小領域を行うことにより多次元的元素分布や構造の解析に用いられてきた。これに対しイオンビームのもつ物質との相互作用の特徴を生かし、局所的照射効果やビーム加工の研究に用いる局所照射分析がマイクロビームを利用して行われるようになった。例として、宇宙環境における高エネルギー重イオンの単発入射によって起こる半導体素子のシングルイベント効果や、生物細胞のイオン入射による損傷、回復、変異などの局部照射効果の研究が行われている。このような目的には、高エネルギーイオンを目的の位置に1個々々打ち込む、マイクロビームと組み合わされたシングルイオンヒットの技術が求められる。ここでは原研で行われているシングルイオンヒットシステムの開発を例にその概要を説明する。
神谷 富裕; 酒井 卓郎; 須田 保*; 濱野 毅*
BEAMS 1995: 第6回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム講演論文集, 0, p.127 - 130, 1995/00
宇宙用半導体素子のシングルイベント効果(SEU)の研究のため、原研重イオンマイクロビーム装置と組合せたシングルイオンヒットシステムの開発が進められている。ビーム照準は本研究を進めるうえで重要な技術的要素であり、マイクロビームによる試料の二次電子マッピングと高精度試料ステージの駆動により、イオンを目的の位置に打込むことを可能とする。シングルイオンヒットシステムは、シングルイオン検出器と高速ビームスイッチによって構成され、シングルイオンの入射タイミング制御を可能とする。ビームラインへの磁気しゃへいによって、二次電子マッピングにおける漏れ磁場の影響を除くことができた。また、中心開口型の2組のMCPによって構成されるシングルイオン検出器の検出効率を測定し、15MeV Niイオンに対して98%以上の値が得られた。今回は、システムの構成と実験的に得られた知見について考察する。
田中 隆一; 神谷 富裕
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 79(1), p.432 - 435, 1993/07
被引用回数：7 パーセンタイル：61.32(Instruments & Instrumentation)原研重イオンマイクロビーム装置とシングルイオン打込み技術に関する最近の進展及び原研におけるマイクロビーム利用計画について概要を述べる。3MVタンデム加速器に設置された重イオンマイクロビーム装置はシングルイベント効果及び集積回路の電荷収集を研究するために開発されている。この研究では、マイクロビームと単一イオンが狙い定めた局所的な領域に、試し打ちによってその場を乱すことなく、打込むことが要求されている。ビーム集束性能については、ビームサイズ1
mの設計性能がすでに達成されており、現在はシングルイオン打込み技術の開発が進められている。より高いエネルギーの重イオンマイクロビームの応用の試みについても検討を進めている。
神谷 富裕; 湯藤 秀典; 田中 隆一
第5回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.116 - 119, 1992/07
宇宙用半導体素子のシングルイベント効果の機構解明及びヒット部位依存性評価のため製作された重イオンマイクロビーム装置は、マイクロビーム集束、ビーム照準及びシングルイオンヒットが可能なように設計されている。本装置の制御は、精密レンズ、ビームシフター、ファラデーカップ及びスリット等のビームライン機器の制御と、ビームスキャナー、2次電子検出器及びターゲットステージ等のターゲットシステムの制御に分けられ、それぞれ計算機を介して遠隔で行われる。このシステムを用いてビームサイズ計測やビーム照準が行われ、これまでに15MeVのNi
ビームで0.7
1.1mのスポットサイズが確認された。なお、シングルイオン検出器のオフラインでの調整が現在進められており、今後ターゲットシステムに組み込まれる予定である。
神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一
第3回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム, p.453 - 456, 1992/00
宇宙用半導体素子におけるシングルイベント効果の基礎的な機構を解明するための重イオンマイクロビーム装置が開発された。本装置は高エネルギーの多種のイオンと1m以下に集束し、試料に1m程度の位置精度でビーム照準を行い、そこに単一イオンを打込むシングルイオンヒットを可能とするよう設計された。我々すでに15MeVNiイオンビームで1nのビームサイズを達成しており、現在ビーム照準とシングルイオンヒットの技術開発を進めている。
神谷 富裕; 宇都宮 伸宏*; 峰原 英介; 田中 隆一; 大泊 巌*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 64, p.362 - 366, 1992/00
被引用回数：30 パーセンタイル：91.05(Instruments & Instrumentation)原研のTIARA施設に設置された3MVタンデム加速器に重イオンによる半導体素子のシングルイベント効果の実験を目的としたマイクロビーム装置が取付けられた。同効果の半導体素子における部位依存性を調べるために、マイクロビーム形成、ビーム照準、シングルイオンヒットの3つの基本的な技術が要求される。本装置は、これらの技術を確立するために早稲田大学で行われたマイクロビーム装置とシングルイオンヒットの予備実験の成果に基づいて設計された。今回は、本装置の概要を報告する。
神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一
Proc. of the lst Meeting on the Ion Engineering Society of Japan, p.105 - 110, 1992/00
原研高崎の3MVタンデム加速器のビームラインに設置された重イオンマイクロビーム装置において0.851.2mのビームスポットサイズが達成された。本装置は、2連四重極レンズを用いて重イオンビームを集束し、ターゲットの任意の微視的領域にマイクロビームを照準できるように設計されている。さらに、宇宙船において使用される半導体デバイスのシングルイベント効果の基礎的な機構を解明するために、目的の位置にイオンを1つ1つヒットさせるシングルイオンヒットシステムが組込まれる。
神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一
Proceedings of the International Workshop on Radiation Effects of Semiconductor Devices for Space Application, p.112 - 117, 1992/00
宇宙空間で使用される半導体素子のシングルイベント効果の基礎的な機構を解明するために、原研3MVタンデム加速器のビームライン上に重イオンマイクロビーム装置が設置された。本装置は、2連四重極レンズを用いてNi15MeVのような高エネルギー重イオンを集束し、スキャナーによって高精度に位置制御されたターゲットステージにセットされた試料にマイクロビームをスキャンするように設計されている。これによって我々は1m以下のビームスポットサイズと、試料におけるビームのヒット位置精度を1m以下にすることを目指している。さらに、イオンを1個1個制御して試料とヒットさせるために、シングルイオン検出系と高速ビームスイッチの組合せによるシングルイオンヒットシステムの開発を行っている。
宇都宮 伸宏; 神谷 富裕; 田中 隆一; 峰原 英介
第3回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.86 - 89, 1990/07
原研高崎での放射線高度利用研究テーマの1つである半導体デバイスのシングルイベント効果の研究では、複数個のイオンあるいはシングルイオンを狙った微小部位に打ち込み、照射効果の部位依存性解明や過渡現象の測定などの基礎研究を行うことが計画されており、それらを可能にするためのシングルイオンヒット技術の開発を現在行っている。今回は、シングルイオンヒット技術の検討結果及び実験経過などについて述べる。
横田 渉; 大野 豊; 牧野 高紘
no journal, ,
加速器で加速されたイオンビームは、従来の物理学を中心とした利用に加えて、医療やバイオ技術、材料開発、分析・評価など、様々な分野で用いられるようになった。本講演では、イオンビーム育種と半導体放射線耐性の各研究における利用を紹介する。また、これらの研究で使用されている高崎量子応用研究所が有するバイオ技術及び材料科学分野の研究に特化したイオンビーム照射施設(TIARA)のサイクロトロンの独特な特徴を解説する。
