日本大学理工学部 電子工学科 高橋研究室(半導体デバイス研究室)
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宇宙用半導体デバイスの研究
宇宙空間は劣悪な放射線環境であり,人工衛星などで集積回路などの半導体デバイスを使用すると,放射線照射により発生した電荷により回路中に過渡電流が発生し,吸収線量増加に伴う電気的特性劣化(トータルドース効果)や,高エネルギー粒子線照射による一時的な回路誤動作(シングルイベント現象/ソフトエラー)が引き起こされます.シングルイベント現象は,OFF状態のMOSFET(トランジスタ)へ高エネルギー粒子線が照射されることにより瞬間的に大きな過渡電流が流れ(大量な電荷が収集され),出力電圧が変動することにより引き起こされます.すなわち,放射線耐性向上のためには,この収集電荷量の抑制が必須となります.一方,Si活性層と支持基板が絶縁膜で分離されたSOI (Silicon On Insulator)デバイスでは,
宇宙放射線環境
薄い活性層内で発生した電荷のみが回路に収集されると考えられ,放射線耐性に優れた構造として期待されています.本研究室では,宇宙空間においても地上と同様,集積回路の高機能性・高信頼性を維持することを目的に次のような研究に取り組んでいます.
1) 埋め込み酸化膜を介した電荷収集の抑制
SOIデバイスでは薄い活性層のみで放射線により発生した電荷が回路誤動作に寄与していると予想されてきました.しかし,支持基板内で発生した電荷の一部が埋め込み酸化膜を介して収集されることも明らかになっており,放射線耐性向上を妨げています.本研究では重イオン照射誘起電流の測定結果より,支持基板表面に生成される空乏層の存在が収集電荷量増加の原因であることを明らかにしてきました.現在,支持基板で発生した電荷がデバイス誤動作に及ぼす影響について検討し,宇宙空間においても高い信頼性を有する半導体デバイスの開発を目指しています.
2) 新規半導体デバイスに対する放射線商社効果
MOSFET(MOS型電界効果トランジスタ)が重イオンなどの照射を受けた際のレスポンスについては,実験やシミュレーションを通して解明が進んでいる.一方,更なる低消費電力化などを目的に新規半導体デバイスが提案されている.本研究では,新規構造デバイスに対する放射線照射効果について評価することにより,今後の宇宙部品としての応用について検討している.