高信頼性を要求される常時起動デバイスの特性変動の実測評価と動作レベルのモデル化

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K11210
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松本 高士 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70417369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西澤 真一 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40757522) ; 小林 和淑 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (70252476)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 常時起動デバイス / 信頼性 / 経年劣化 / 特性ゆらぎ / IoT

Outline of Annual Research Achievements

本研究は「高信頼性を要求される常時起動デバイス（集積回路、LSI）の特性変動の実測評価と動作レベルのモデル化」を行うことを目的としている。経年劣化や特性ゆらぎが性能に及ぼす影響は微細化・高集積化に伴って大きくなっている。経年劣化データの取得には温度や電圧などを上昇させる加速試験が一般的に行われているが、これには専用の高価な測定系を用いており長時間占有することはできず、多数のデバイスを測定しようとすると1つのデバイスに対しては長くても数時間程度の特性変動しか測定することができないという問題がある。そのため、近年爆発的に増えているIoT,IoEなどの常時起動が必要な機器において、マイコンやFPGAなどの低電力機器のみで測定系を組み長時間にわたる特性変動データを取得することは信頼できる劣化モデルの作成において必須である。このような低電力機器のみを用いて一般的なリング発振回路における連続する１か月超の長期にわたる劣化データを様々な動作電圧や温度のもとで測定した結果を収集できるようになっている。また、リング発振回路と同じ製造テクノロジを用いたトランジスタにおいて長期間劣化を含む劣化モデルの回路シミュレーション環境での表現方法（コンパクトモデル）を提案している。５か月に及ぶ長期測定に関する多くの知見も今年度に研究分担者によって蓄積されており、今後も引き続いてCMOSテクノロジによる測定対象回路とその測定データ評価・活用手法の確立を行いたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

低電力機器のみを用いて一般的なリング発振回路における連続する長期にわたる劣化データを測定し解析することが可能となっている。リング発振回路を構成するトランジスタレベルでのコンパクトモデルも作成された。５か月にわたる長期測定に関する多くの知見も今年度に研究分担者によって蓄積されており、CMOSテクノロジによる測定対象回路とその測定データ評価・活用手法の確立に向けて研究を進めてゆくことができるため。

Strategy for Future Research Activity

劣化モデルの回路シミュレーション環境での表現方法を引き続いて検討しつつ、主に京都工芸繊維大学の研究分担者によって今年度も引き続いて蓄積された長期劣化測定に関する知見をもとに劣化データを得るためのより望ましい回路構造の提案、CMOSテクノロジによる測定対象回路とその測定データ評価・活用手法の確立を目指す予定である。

Causes of Carryover

チップ試作費用を支出せずに既存のリング発振回路およびトランジスタTEGを活用したため。次年度は最終年度となり、国内学会や国際会議がコロナ禍前と同様に現地で開催されていることから、出張旅費等も考慮して次年度以降に確保しておくことにした。