A Probing for Long-Term Operating Environment of IoT Devices using Multi-Output MOSFET
| Project/Area Number |
21K04091
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
原田 知親 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (50375317)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 多端子MOSFET / 間接計測 / 電流計測 / 磁界計測 / 温度計測 / 磁界・温度検出 / SOI-MOSFET / HSPICE等価モデル / スマートセンサ / MOSFET / IoTデバイス / 動作プロービング |
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| Outline of Research at the Start |
今後のIoT普及に伴い、外環境のような大変厳しい環境でも安心安全にかつ長期的に収集する必要がある。その際に、システム内を構成する集積回路の置かれる環境を細部までリアルタイムにモニタし、いち早く故障や経年劣化を把握する必要がある。そこで本研究では、いままで培った低電圧動作可能なトランジスタをベースに、回路動作とセンシング動作を並行して動作可能な多端子MOSFET素子を用い、回路動作をしながら集積回路の環境に置かれた環境をモニタし続けることでセンサや回路動作の性能低下を察知するプロービング手法を開発する。そして、安心安全を担保できるセンサ・回路共通プラットフォームデバイスとして確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度では、0.18μmCMOSデザインルールを用い、多端子MOSFETを実際にディジタル回路に組み込み、論理動作時の挙動について、シミュレーション検証だけでなく、実チップで集積化してその動作を評価した。本研究で使用したディジタル回路はインバータの他、ANDそして1bit加算器とし、回路を構成するMOSFETの一部を多端子MOSFETに置き換えた形で構成し、集積化を行った。検証については、直流伝達特性と動特性（実際にパルス信号を入れての動作）について実施し、それぞれのOutput端子から出力される電圧値の挙動から、各論理動作における貫通電流の動作について間接計測を行った。その結果、論理動作における状態遷移時に生じる貫通電流と動特性で得られる充放電電流の挙動をOutput端子間電圧から間接的に拾うことが可能であると、実験的に見出すことができた。また、外界の温度変化における貫通電流・充放電電流の挙動を本研究で開発した素子で間接的に検出できることも明らかにした。
研究期間全体を通じて実施した研究の成果としては、以下のようになる。
１）単体の多端子MOSFETを開発し、その動作原理を検証するために、磁界・温度・電流の検出動作をターゲットに動作評価を行い、多端子MOSFETにおける磁界検出動作や電流検出動作・温度検出動作を明らかにした。
２）0.18μmCMOSデザインルールを用いて試作した多端子MOSFETを基本的なディジタル回路に組み込み、電流検出動作等の評価・解析を行った。その結果、論理動作における状態遷移時に生じる貫通電流をOutput端子間電圧から間接的にモニタすることが可能であると見出すことができた。
３）さらに、温度変化をターゲットに実チップの温度変化の間接計測を試みた結果、温度変化を多端子MOSFETのOutput端子で捉えることが可能であると見出すことができた。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
