多様なBOX層構造を有するSOIデバイスのシングルイベント現象に関する研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04612
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 坂本 敬太 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (60867985)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹内 浩造 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (00870255) ; 新藤 浩之 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (90870254)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: Silicon on Insulator / Single Event Effect / Buried Oxide / SRAM / Radiation Effect

Outline of Annual Research Achievements

SOI基板上に形成されるBOX層の構造差異に起因するシングルイベント耐性（放射線由来の外部ノイズに対する耐性）の違いを明らかにするという目的を達成するため、2021年度は、Pulsed Laserを用いて明らかにしたシングルイベント耐性低下箇所における電気的特性の測定を行った。加えて、シングルイベント耐性が低下していた箇所の断面解析を行い、2020年度に構築した半導体デバイスシミュレーション環境の入力データの情報として使用した。
電気的特性を取得した結果、シングルイベント耐性が低下してる箇所では、本来の絶縁体では無く、ショットキーダイオードライクな特性を示すことが明らかとなった。また、そのような電気的特性を示した箇所の断面を確認したところ、BOX層領域の一部が貫通しており、上側電極と基板が導通する構造となっていた。
半導体デバイスシミュレーションを用いたシミュレーションでは、断面観察結果を踏まえてSRAM回路下部のBOX層構造を再現して、取得した電気的特性の合わせこみを行い放射線を輸送したシミュレーションを開始した。
2022年度では、電気的特性の数値(電流値)と放射線耐性との定量的な比較評価を実施して両者の関係性の紐づけを行い、スクリーニング手法の提案を目指す計画である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2021年度に計画していた作業は、Pulsed Laser試験で識別した放射線耐性が低下している箇所の電気的特性の取得及び、断面観察による電気的特性と放射線耐性低下との紐づけであった。また並行してシミュレーション体系を構築して放射線照射効果を模擬する計画としていた。これら計画していた作業については全て完了でき、放射線耐性と電気的特性及びBOX層構造との定性的な紐づけまでは完了できたため。

Strategy for Future Research Activity

おおむね計画通りに進行していることから、2022年度も基本的には計画に則り進めて行く方針としている。2022年度では、BOX層構造に応じた電子・正孔対の収集メカニズムを解明するとともにシミュレーションによって、SOI層-支持基板間の電気的特性を取得し、放射線耐性と電気的特性との関連を定量的に結び付け、スクリーニング手法の提案を行う。

Causes of Carryover

当該年度に実施したナノプローブ測定及び断面解析の実施点数の調整結果として差額が発生した。ここで生じた助成金については、次年度に実施する論文化及びメカニズム解明作業の費用に充てることを計画している。