放射線暴露によって動作不能になった集積回路のその場回復技術に関する研究

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19040
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 田中 秀治 東北大学, 工学研究科, 教授 (00312611)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 集積回路 / 放射線 / センサ

Outline of Annual Research Achievements

福島第一原子力発電所の廃炉推進のために，強力な放射線（主にガンマ線）のもとでも継続的に使えるセンサが必須であるが，このような過酷環境では，集積回路は短期間のうちに機能不全に陥る。これはガンマ線に晒されるイメージャで特に深刻な問題である。
集積回路にガンマ線が入射すると電子-ホールペアができ，移動度の小さいホールがゲート酸化膜にトラップされて絶縁膜，および絶縁膜／半導体界面チャージアップする。その結果，トランジスタの閾値がシフトし，集積回路が動作不能になる。ガンマ線暴露による電子回路の動作不良は，材料的または構造的破壊によるものではなく，チャージを逃がすことができれば，回復が期待できる。本研究では，集積回路にダイヤフラム構造とマイクロヒータを形成し，局所加熱によるディスチャージによって，ガンマ線暴露による動作不良から回復させられるかどうかを調べる。
平成30年度には，マイクロヒータと断熱のためのダイヤフラム構造を有するテストデバイスを有限要素法によって設計し，フォトマスクを用意して，本学クリーンルームにて作製に取り掛かった。また，マイクロヒータのためのいくつかの金属薄膜のスパッタ成膜条件の最適化を行った。さらに，ガンマ線への集積回路の暴露試験を行うため，Cs-137密封線源を学内で探し，本学サイクロトロン・ラジオアイソトープセンターに実験への協力を依頼した。研究協力機関である廃炉国際共同研究センターとは情報交換を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コンセプト実証のためのテストデバイスの設計を，本研究に参画する学生を教育しながら進めていたため，これに時間を要し，作製開始が遅れた。テストデバイスの作製を急いで進め，計画通り試験を行う。

Strategy for Future Research Activity

テストデバイスの作製を進め，コンセプト実証のための実験を行う。集積回路上に後工程によって形成するテストデバイスの作製は必ずしも容易ではないので，これを進めつつ，一方でマイクロヒーターを用いず，集積回路チップ全体を加熱する方法で実験を行うことも検討している。

Causes of Carryover

現在までの進捗状況の欄に述べた通り，テストデバイスの作製開始が遅れたため，次年度使用額が生じた。今後，当初計画にあるテストデバイスの作製，および評価実験を行うので，次年度使用額はそのための消耗品や施設使用料に充てる。