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論文

Negative and positive muon-induced single event upsets in 65-nm UTBB SOI SRAMs

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

 パーセンタイル:100(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。

論文

Topics and future plans of ion beam facilities at JAERI

横田 渉; 荒川 和夫; 奥村 進; 福田 光宏; 神谷 富裕; 中村 義輝

Proceedings of the 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。

論文

宇宙用半導体研究の現状

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。

論文

宇宙線によるシリコンデバイスの劣化

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。

論文

Sub-micron microbeam apparatus for high resolution materials analyses

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:28 パーセンタイル:9.15

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。

論文

イオンビーム利用の基礎と現状,V.1.4; 局所照射分析

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。

論文

高エネルギー重イオンマイクロビーム装置におけるビーム照準およびシングルイオンヒットシステム

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。

論文

The JAERI high energy, heavy ion microprobe system and single hit technique

田中 隆一; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 79(1), p.432 - 435, 1993/07

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$$mu$$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。

論文

原研重イオンマイクロビーム装置の制御及びビーム計測

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$$^{4+}$$ビームで0.7$$times$$1.1$$mu$$m$$^{2}$$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。

論文

重イオンマイクロビーム装置のシングルイオンヒットシステム

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1$$mu$$m以下に集束し、試料に1$$mu$$m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1$$mu$$n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。

論文

Microbeam system for study of single event upset of semiconductor devices

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:27 パーセンタイル:9.09

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。

論文

JAERI heavy ion microbeam system and single ion hit technique

神谷 富裕; 湯藤 秀典*; 田中 隆一

Proc. of the Int. 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Ni$$^{4+}$$15MeV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1$$mu$$m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1$$mu$$m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。

論文

JAERI heavy ion microbeam system and single ion hit technique

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0.85$$times$$1.2$$mu$$m$$^{2}$$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。

論文

シングルイオンヒット技術の開発

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。

口頭

植物や半導体へのイオンビーム照射とその加速器の特徴

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。

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