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論文

Soft error rate analysis based on multiple sensitive volume model using PHITS

安部 晋一郎; 佐藤 達彦

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(3), p.451 - 458, 2016/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.29(Nuclear Science & Technology)

地上における電子機器の信頼性を脅かす問題として、二次宇宙線中性子によるソフトエラーが知られている。既に開発済のマルチスケールモンテカルロシミュレーション手法PHYSERDは信頼性の高いソフトエラー解析コードで電荷収集過程を詳細に解析できるが、テクノロジーCAD(TCAD)シミュレーションに長時間を要する。そこで本研究では、収集電荷量の概算に多重有感領域(MSV: Multiple Sensitive Volume)モデルを採用し、PHITSとMVSモデルを用いた二次宇宙線中性子起因ソフトエラー発生率(SER: Soft Error Rate)計算を行った。この計算結果をPHYSERDおよび単純有感領域(SSV: Single Sensitive Volume)モデルによる結果と比較した。その結果、PHITSとMSVモデルを用いることで、PHYSERDによるSER計算値と同等の値を短時間で算出できることがわかった。また、PHITSとMSVモデルを用いて電荷収集効率の位置依存性を考慮することで、PHITSとSSVモデルよりもSERや電荷収集をより正確に再現できることを定量的に明らかにした。

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。

口頭

PHITSイベントジェネレータ改良による半導体SEU解析への影響

安部 晋一郎; 佐藤 達彦; 小川 達彦

no journal, , 

本研究では、PHITSに搭載されたイベントジェネレータモードの改良が、中性子による半導体SEU評価に及ぼす影響を解析した。半導体デバイスに対する放射線影響の1つとして、1つの粒子によって生じるシングルイベント効果がある。デバイスに入射した放射線がノイズ電荷を誘起し、これにより保持データが反転(シングルイベントアップセット, SEU)し、電子機器に一時的な不具合(ソフトエラー)が発生する。地上におけるSEUの主因となる中性子は、核反応を介してデバイスに電荷を付与するため、中性子によるSEUの発生率をシミュレーションで評価する際には核反応モデルの精度が重要となる。核反応モデルの精度検証の結果、イベントジェネレータモードの改良版となるe-mode ver. 2では二次イオンの生成断面積がJENDL-4.0と一致しており、従来版のe-mode ver. 1からの改善が確認された。続いてe-mode ver. 1とver. 2を用いて算出したSEU断面積を比較した結果、両者に有意な差が生じることが判明した。この結果より、e-modeの改良がSEU解析へ及ぼす影響を定量的に明らかにした。

口頭

InAs量子ドットを積層したGaAs p$$^+$$nダイオード中の欠陥準位

佐藤 真一郎; Schmieder, K.*; Hubbard, S.*; Forbes, D.*; Warner, J.*; 大島 武; Walters, R.*

no journal, , 

電子の3次元的な量子閉じ込め効果を利用したIII-V族半導体量子ドット(Quantum Dot: QD)デバイスは、次世代超高効率太陽電池への応用が期待されている。QD太陽電池の実用化にあたっては、QDを高密度に多数積層させる必要があり、近年では歪補償層の導入などによって格子定数の異なるQD層を積層欠陥なしに多数積層できるようになってきた。しかし、単結晶デバイスと比較すれば依然として多くの結晶欠陥が含まれており、それらがキャリア捕獲準位(欠陥準位)となってデバイス特性に悪影響を及ぼしている。今回、積層した量子ドット層中に存在する欠陥準位を明らかにするために、有機金属気相成長(MOVPE)法によってn型ベース層内にInAs量子ドット層を10層埋め込んだGaAs p$$^+$$nダイオード(QDデバイス)を作製し、DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)測定を行った。これを、InAs量子ドットを含まないGaAs p$$^+$$nダイオード(参照デバイス)と比較したところ、QDデバイスには参照デバイスには見られない正孔捕獲準位および電子捕獲準位が存在することを見出した。以上より、これら捕獲準位を低減することがQDデバイスの特性改善に必要であると結論できた。

口頭

FinFETデバイスにおける放射線誘起電荷の収集過程解析

安部 晋一郎; 佐藤 達彦; 加藤 貴志*; 松山 英也*

no journal, , 

放射線により半導体デバイス内に誘起された電荷が、電子機器の一時的な誤動作(ソフトエラー)を引き起こす。PHITSでソフトエラーの発生率を評価する際、メモリの記憶ノードに収集される電荷量を迅速かつ精度よく計算するモデルが必要となる。近年その使用が広がっているFinFETは、従来主流であったPlanar型素子と構造が異なるため、電荷収集の物理過程も従来とは異なることが予想される。そこで本研究では、FinFETに関する収集電荷量概算モデルの構築を目的とし、三次元TCADシミュレータHyENEXSSを用いて、放射線誘起電荷の収集過程の系統的調査を実施した。解析の結果、数psecの時刻にソース-ドレイン間の一時的な導通が生じることが判明した。また、fin部にのみ電荷が誘起された場合にはこの成分が電荷収集の主因となる一方で、基板にまで電荷が誘起された場合には100psec以降の拡散による電荷収集が主因となることを明らかにした。

口頭

PHITSと多重有感領域を用いたFinFETデバイスのソフトエラー解析

安部 晋一郎; 佐藤 達彦; 加藤 貴志*; 松山 英也*

no journal, , 

放射線が半導体デバイス内に誘起した電荷が一定量以上記憶ノードに収集されたとき、電子機器は一時的な誤動作(ソフトエラー)を起こす。ソフトエラーの発生率をシミュレーションで評価する際、収集電荷量を迅速かつ精度よく計算するモデルが必要となる。これまでの研究で、三次元構造を有するFinFETの電荷収集効率(付与電荷量に対する収集電荷量の比)は、電荷付与位置およびfin部に付与される電荷量に依存することが判明した。そこで本研究では、三次元デバイスシミュレータHyENEXSSを用いて電荷収集効率の電荷付与位置および付与電荷量依存性をより詳細に調査し、その結果に基づいてFinFETに対する多重有感領域モデルを新たに構築した。多重有感領域モデルの精度検証として、PHITSで得られた任意の電荷付与イベントについて、HyENEXSSおよび単一有感領域モデルによる計算結果との比較を行った。その結果、多重有感領域モデルを用いて電荷収集効率の位置依存性および付与電荷量依存性を考慮することが、収集電荷量の概算精度向上に繋がることを実証した。

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