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論文

Onset and evolution of $$m/n$$=2/1 neoclassical tearing modes in high-$$beta$$$$_{rm p}$$ mode discharges in JT-60U

諫山 明彦; 松永 剛; 平野 洋一*; JT-60チーム

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1402013_1 - 1402013_8, 2013/03

JT-60Uにおける$$m/n$$=2/1の新古典テアリングモード(NTM)の発生と成長に関して、類似の放電条件のデータを解析した($$m$$はポロイダルモード数、$$n$$はトロイダルモード数)。その結果、約80%の放電においては明確なトリガー事象がなく成長していて、残りは$$m/n$$=2/1有理面でのコラプスによりトリガーされていることがわかった。前者では規則的な磁場揺動が徐々に増大するが、後者では発生時から振幅が大きく振動は不規則である。また、コラプスにより電子温度が20%程度変化するものは2/1NTMをトリガーするが、より小さいコラプス(電子温度の変化が7%)ではNTMをトリガーしないことがわかった。このことはNTMをトリガーするためのコラプスの大きさに閾値があることを示唆している。このコラプスの発生領域や時間変化は、以前観測されたBarrier Localized Modeに類似している。

論文

Suppression of heavy-ion induced current in SOI device

小倉 俊太*; 小宮山 隆洋*; 高橋 芳浩*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 平尾 敏雄*; 大島 武

Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.127 - 129, 2012/12

宇宙環境で半導体デバイスを使用する場合、重イオン照射誘起電流に起因したシングルイベント現象が問題となる。SOIデバイスは高い耐放射線性が予想されるものの、支持基板で発生した電荷の埋め込み酸化膜(BOX膜)を介した収集を示唆する報告があり、われわれはこれまでに、酸化膜を介した照射誘起電流の主成分は変位電流であることを明らかにしている。また、支持基板への電圧印加や、活性層と支持基板に逆性の半導体を用いることにより、重イオン照射誘起電流の抑制が可能となることも示した。本研究では実デバイスへの適用を目的に、支持基板の低抵抗化による照射誘起電流の抑制について検討を行った。実験は、SOI基板上にp$$^+$$nダイオードを作製して行った。活性層と支持基板がn形のn/nデバイス、及び低抵抗率の支持基板を有するn/n$$^+$$デバイスの2種類を作製した。イオン照射の結果、照射誘起収集電荷量が減少した。この結果より、支持基板の低抵抗化がSOIデバイスの放射線耐性向上において重要となることを確認した。本手法は活性層のデバイスのタイプ(MOSFETの場合はチャネルタイプ)によらず適用可能であり、実デバイスへの応用が期待できる。

論文

Novel thienyl-dibenzothiophene oligomers end-capped by hexylphenyl groups as potential organic semiconductor materials

Duan, Z.*; Yang, Z.*; 星野 大樹*; 平尾 敏雄; 田口 光正; 大内 啓邦*; 柳 雄一郎*; 西岡 泰城*

Molecular Crystals and Liquid Crystals, 567(1), p.28 - 33, 2012/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:64.01(Chemistry, Multidisciplinary)

近年、有機発光素子(OLEDs)や太陽電池,有機電界効果トランジスターなどに適した光電気特性を有する$$pi$$共役系高分子やオリゴマーが注目されている。これまでの研究により、ジベンゾチオフェンオリゴマーの主鎖にフェニレン基を導入することでHOMO(最高被占分子軌道)レベルが下がることや、酸化反応に対する耐性が上がることがわかってきた。本研究では、ジベンゾチオフェンの両端、2,8位あるいは3,7位にチエニル基を結合させ、さらにその外側にフェニレン基を導入した2種類のオリゴマーを分子設計し、化学合成した。光吸収,発光,電気化学特性,熱安定性を測定した結果、合成した2種類のオリゴマーは、分子設計通り耐酸化性が増大し、HOMOレベルが-5.50あるいは-5.31eVまで低下した。本オリゴマーは、OLEDsにおける電子輸送物質として利用されることが期待される。

論文

$$gamma$$-ray irradiated organic thin film transistors based on perfluoropentacene with polyimide gate insulator

高柳 佑太郎*; 大内 啓邦*; Duan, Z.*; 奥川 孝紀*; 柳 雄一郎*; 吉田 哲*; 田口 光正; 平尾 敏雄; 西岡 泰城*

Journal of Photopolymer Science and Technology, 25(4), p.493 - 496, 2012/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Polymer Science)

有機薄膜トランジスタは軽量でフレキシブルなため、宇宙船や人工衛星への利用が期待されている。そこで、シリコン/ポリイミド/パーフルオロペンタセン/金構造を有するN型トランジスタを作製し、その耐放射線性を評価した。宇宙船に4年間積載した線量に相当する1200Gyの$$gamma$$線を照射したところ、ドレイン電流値は徐々に増加した。スレショルド電圧は400Gyの照射で33V程度から25V程度まで減少するものの、600Gy以上の照射で一時的に回復する傾向が見られた。一方、キャリアのモビリティは1200Gyまでほぼ一定であった。以上のことは、ポリイミド界面に蓄積した正孔の影響を考慮することにより説明できた。

論文

$$^{60}$$Co$$gamma$$-ray irradiation effects on pentacene-based organic thin film transistors

Cai, L.*; 平尾 敏雄; 矢野 博明*; Duan, Z.*; 高柳 佑太郎*; 植木 秀治*; 大島 武; 西岡 泰城*

Materials Science Forum, 687, p.576 - 579, 2011/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:13.3

無機材料を用いた電子デバイスに替わるものとして有機半導体を用いた電子デバイスが近年注目されている。特に誘電体材料としてベンゼン構造を有するペンタセンが見いだされ、GaAsに匹敵する移動度が得られるようになったことで有機デバイスの開発が盛んになっている。本研究では、有機デバイスの電気特性に及ぼす放射線の影響について評価を行った。実験にはトップコンタクト型のペンタセン/酸化膜/シリコン及びペンタセン/ポリイミド/シリコンから構成されたOTFTs(Organic thin films field effect transistor)を用いた。試料へコバルト$$gamma$$線を、照射線量率200Gy/hで全線量1200Gyまで照射した。その結果、両試料とも照射量の増加に伴い出力電流(ドレイン電圧ードレイン電流)が減少すること、さらにその減少が移動度の低下に依存することが明らかとなった。また、絶縁層として用いた酸化膜とポリイミドについては、ポリイミドの方の放射線による劣化が少ない傾向を示すことがわかった。

論文

Heavy-ion induced current in SOI junction diode

高橋 芳浩*; 竹安 秀徳*; 岡崎 勇志*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.173 - 175, 2010/10

SOI(Silicon on Insulator)上に作製したpnダイオードにおける重イオン照射誘起電流について検討を行った。逆バイアス印加時の試料に18MeV酸素イオンを照射した結果、理論的に活性層で発生する電荷に比べ多量の電荷が発生することが観測された。解析の結果、これは支持基板内で発生した電荷の収集(変位電流による)によるものと確認された。これより、SOIデバイスの放射線耐性向上のためにはBOXを介した変位電流抑制が重要であることが判明した。シミュレーションにより、支持基板のタイプや不純物密度が収集電荷量に及ぼす影響を評価した結果、支持基板を高不純物濃度化するなどの方法で支持基板表面の空乏層幅を減少させることにより、BOX層を介した電荷収集が抑制可能であることが見いだされた。

論文

Electrical characteristics of $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray irradiated pentacene-based organic thin film field effect transistors

Cai, L.*; 平尾 敏雄; 矢野 博明*; Duan, Z.*; 高柳 秀治*; 植木 秀治*; 大島 武; 西岡 泰城*

Proceedings of 9th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-9), p.176 - 178, 2010/10

近年、有機デバイスは液晶ディスプレイをはじめ、さまざまな分野に利用展開が考えられている。本研究では、宇宙応用を見据え、酸化膜又はポリイミド上に作製したペンタセントランジスタの$$gamma$$線照射効果を評価した。照射線量率200Gy/hで総線量として1200Gyまで照射した。その結果、照射量の増加に伴い出力電流(ドレイン電圧-ドレイン電流)が減少すること、さらにその減少が移動度の低下に依存することが明らかとなった。また、絶縁材として用いた酸化膜とポリイミドについては、ポリイミド上のペンタセントランジスタの方が放射線による劣化が少ないという傾向を示した。

論文

Change in ion beam induced current from Si metal-oxide-semiconductor capacitors after $$gamma$$-ray irradiation

大島 武; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 高橋 芳浩*; Vizkelethy, G.*; Doyle, B. L.*

AIP Conference Proceedings 1099, p.1014 - 1017, 2009/03

トータルドーズ効果がシングルイベント効果に及ぼす影響を明らかにする目的で、n型及びp型シリコン(Si)基板上に金属-酸化膜-半導体(MOS)キャパシタを作製し、$$gamma$$線照射前後のイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)測定を行った。室温にて6.3kGy(SiO$$_{2}$$)の$$gamma$$線照射を行ったMOSキャパシタの容量-電圧特性からフラットバンドシフトを求めたところ、n型は12.3V、p型は15.2Vという値が得られた。酸素15MeVマイクロビーム入射によるTIBIC測定を行ったところ、$$gamma$$線照射によりn型ではTIBICシグナルのピークが低下、p型では増加した。TIBICシグナルピークの印加電圧依存性を調べたところ、n型では13V、p型では15Vシフトさせると照射前後で印加電圧依存性が一致することが見いだされた。この値は、フラットバンドシフトと良い一致を示しており、このことより、$$gamma$$線照射により酸化膜中に発生した固定電荷に起因するゲート電圧のシフトがTIBICシグナルに影響したといえる。

論文

Total dose effects on heavy-ion induced gate current in MOS structure

高橋 芳浩*; 府金 賢*; 今川 良*; 大脇 章弘*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 7, 2008/11

MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造の重イオン照射誘起ゲート電流の$$gamma$$線照射による変化について評価を行った。試料はp形及びn形バルクSi基板上の、酸化膜厚100nm,Alゲート電極直径100$$mu$$mのMOSキャパシタとした。$$gamma$$線照射は吸収線量率6.3kGy(SiO$$_{2}$$)/hで1時間行った。照射前後のイオン照射誘起ゲート過渡電流の測定は、酸素イオン(15MeV)を用いたTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)評価システムにより行った。また、$$gamma$$線照射前後において容量-電圧特性及びリーク電流特性の測定を行った。その結果、$$gamma$$線照射後、同一電圧印加時のゲート過渡電流ピーク値は、p-MOSにおいて増加し、n-MOSでは減少した。さらに容量-電圧特性で生じた変化を正電荷捕獲密度を反映したミッドギャップ電圧のシフト量で評価し、そのシフト量分、ゲート印加電圧値をシフトさせた結果、照射前後でのピーク値はよく一致することが判明し、ピークのシフトが正の固定電荷発生によることが明らかとなった。

論文

Comparison of the experimental results with simulated results of charge induced in MOS FET by heavy-ion irradiation

平尾 敏雄; 小野田 忍; 高橋 芳浩*; 大島 武

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 6, 2008/11

酸化膜を介した照射誘起電流の発生機構解明を目的に、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を実施した。試料はバルクシリコンAlゲートp-及びn-channel MOSFET(酸化膜厚=40nm, ゲート幅=100mm, ゲート長=300$$mu$$m)を用い、15MeV酸素イオンを照射した。イオン照射誘起電流をTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)測定装置を用いて評価したところ、MOSキャパシタでは、印加電圧の増加に伴い、過渡電流のピーク値が直線的に増加することがわかった。さらに、照射後1$$sim$$2ns程度に酸化膜に印加した電界方向の鋭い電流ピークが、その後反対方向に小さな電流がそれぞれ観測された。結果に対し、酸化膜を完全絶縁と仮定して発生した誘起電流をキャリア濃度及び移動度を主パラメータとして数値シミュレーションを行った結果、MOSFETのゲート領域に重イオンを照射した際に観測される照射後1$$sim$$2ns程度経過後の鋭いピークとその後の反対方向のブロードな電流ピークをシミュレーションにより得ることに成功し、実験結果との良い一致を図ることができた。

論文

Heavy-ion induced current through an oxide layer

高橋 芳浩*; 大木 隆弘*; 長澤 賢治*; 中嶋 康人*; 川鍋 龍*; 大西 一功*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 三島 健太; 河野 勝康*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 260(1), p.309 - 313, 2007/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.54(Instruments & Instrumentation)

Si基板上にAlゲートp-MOSFETを作製し、TIARAの重イオンマイクロビームシステムを使用して重イオン照射を行い、照射誘起過渡電流の測定を行った。その結果、ゲート端子における過渡電流は、照射中負のゲート電圧を印加した状態でのみ観測されることがわかった。また、ソース・ドレイン電極を接地(基板と同電位)してゲート領域に重イオンを照射した場合、ピーク値の異なる正・負の電流が観測され、その積分値は照射後100ns程度でほぼ0となることがわかった。本誘起電流が伝導電流によるものであれば、正方向の電流のみが観測されることが予想される。よって本測定結果より、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流に由来すると帰結できる。また測定結果は、酸化膜を完全絶縁体と仮定した計算により再現できることが確認できた。

論文

ITBLクライアントAPIによるADVENTURE_OptのITBL環境への実装

宮村 倫司*; 新井 健太郎*; 三村 泰成*; 吉村 忍*; 鈴木 喜雄

計算工学講演会論文集, 12(2), p.655 - 658, 2007/05

ADVENTURE_Optは、計算力学のためのオープンソースシステムであるADVENTUREシステムのソフトウェアモジュールの一つである。システムは、大規模解析と設計を実行するために設計されている。ADVENTURE_Optは、実数値遺伝的アルゴリズムReal coded GAのような最適化アルゴリズムを使った人工物の最適化を実行でき、有限要素法は、目的関数を評価するために実行される。本論文では、ADVENTURE_Optが、日本の国家プロジェクトで開発されたグリッド環境であるITBL環境を使うために修正されている。ADVENTURE_Optを用いた計算では、有限要素解析を実行するために非常に時間を要する。本実装では、この計算がITBL環境で実行され、他の部分はパーソナルコンピュータで実行される。ITBLクライアントAPIライブラリが、システムの実装に用いられている。

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

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。

口頭

酸化膜を介した重イオン照射誘起電流の評価

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 大木 隆広*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 伊藤 久義

no journal, , 

イオン入射によるSOI(Silicon On Insulator)素子中に発生する電荷挙動解明のために、酸化膜/半導体構造を有するモデル素子である金属/酸化膜/半導体(MOS)トランジスタに重イオンが入射したときに誘起される電流測定を行った。実験にはAlゲートMOSトランジスタ(電極面積100$$mu$$)を用い、18MeV酸素イオン入射により発生するシングルイベント過渡電流を測定した。その結果、収集時間,ピーク強度の異なる正・負の電流が観測された。各電流を時間積分して電荷量を見積もったところ、照射後100ns程度で両者の値が同程度となり、総和は0となることが見いだされた。また、酸化膜を完全絶縁体としてシミュレーションンを試みたところ、測定された誘起電流が変位電流に起因すると解釈できた。

口頭

放射線照射効果の解明に向けた照射技術に関する研究

平尾 敏雄

no journal, , 

半導体素子の照射効果を解明するためにTIARA照射施設で開発したマイクロビーム及びコリメータビーム照射技術の紹介を行う。さらに、それらの微小径ビームを用いたシングルイベント機構解明に関する照射実験の実例を紹介し、マイクロビーム利用の有効性を述べる。

口頭

SOI構造デバイスにおけるイオン照射誘起電荷の輸送現象の解明

大西 一功*; 高橋 芳浩*; 中嶋 康人*; 長澤 賢治*; 府金 賢; 今川 良*; 野本 敬介*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 大島 武

no journal, , 

放射線環境下で半導体デバイスを使用する場合、高速荷電粒子の入射により誘起される電流に起因した、シングルイベント現象が問題となる。埋込み酸化膜を有するSOI(Silicon on Insulator)デバイスは、高い耐放射線性が期待されるが、予想を上回る電荷収集が観測されるとの報告もあり、酸化膜を有するデバイス構造におけるイオン誘起電流の発生メカニズム解明が必要となっている。本研究ではシリコン(Si)MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)へ重イオン照射を行い、ゲート酸化膜を介して流れるイオン誘起過渡電流を評価した。試料はAlゲートSi p-MOSFET及びn-MOSFETを用い、TIARAの重イオンマイクロビームシステムを使用して酸素イオン(15MeV)の照射を行った。その結果、照射後1$$sim$$2ns程度に酸化膜に印加した電界方向の鋭い電流ピークが、その後、反対方向の小さな電流がそれぞれ観測されること、また、収集電荷量は照射後数10nsで0に収束することがわかり、酸化膜を介した重イオン照射誘起電流は、変位電流によるものが支配的であることが確認できた。

口頭

TIBICを用いた酸化膜中に誘起した過渡電流の解明に関する研究

平尾 敏雄; 小野田 忍; 府金 賢; 高橋 芳浩*; 大島 武

no journal, , 

近年、半導体デバイスの微細化が進み、その駆動電荷が小さくなっていることからノイズマージンがますます低下している。重荷電粒子(イオン)が半導体デバイスを通過した場合、一時的な誤動作(ソフトエラー)や永久的な損傷(ハードエラー)といったシングルイベント現象が発生する。シングルイベント現象の発生機構解明とモデル構築を目指した研究の一環として、酸化膜を有する半導体デバイスに対するイオン誘起過渡電流の評価を行った。実験では、3MVタンデム加速器により加速した15, 18MeVのエネルギーの酸素及び炭素イオンマイクロビームを電極面積100, 200, 300$$mu$$径、酸化膜厚50, 100, 200nmのシリコン(Si)MOS(Metal Oxide Semiconductor)キャパシタに照射し、発生した過渡電流をTIBIC(Transient Ion Beam Induced Current)システムを用いて計測した。その結果、イオン照射によって発生したイオン誘起過渡電流波形は、入射イオンのエネルギーが高くなるにつれピークが高くなること、さらに酸化膜厚が薄いものほどピークが高くなり収集電荷量も増加することが明らかになった。また、得られた結果をTCAD(Technology Computer Aided Design)を用いてシミュレーションした結果、発生した過渡電流は変位電流によるものであると結論できた。

口頭

酸化膜を介したイオン照射誘起電荷の収集機構解明に向けた研究

府金 賢; 高橋 芳浩*; 平尾 敏雄; 小野田 忍; 中嶋 康人*; 大西 一功*

no journal, , 

半導体デバイスに高速荷電粒子が入射する際に半導体内で誘起されるキャリアが原因となりシングルイベント現象が発生する。酸化膜を介した重イオン照射誘起電流の発生機構は未だ不明な点が多く、その解明が重要である。本研究では、シリコン(Si)MOSFETに対して重イオン照射試験を実施し、酸化膜を介した電流発生機構の検討を行った。試料はAlゲートp-, n-シリコン(Si)MOSFETを用い、TIARAの重イオンマイクロビームラインにてエネルギー15MeVの酸素イオン照射を実施した。照射誘起電流測定の結果より、MOSFETにおける照射誘起電流は正・負の異なるピークを持つこと、さらに収集電荷量が照射後数十nsでほぼ0に収束することが観測され、酸化膜を介した照射誘起電流は、変位電流が支配的であることを確認した。またp-, n-MOSFETにおいて電流ピーク幅の差異が確認された。これは、照射に伴いゲート直下に蓄積するキャリアがp-, n-MOSFETではそれぞれ正孔,電子であり、これらキャリアの移動度の違いに起因するためと考えられる。

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