Degradation mechanism of Single Event tolerance on SOI devices having abnormal BOX layer structure

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04612
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: Sakamoto Keita 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: シングルイベント効果 / BOX層 / SOI基板

Outline of Final Research Achievements

The cause of single event tolerance degradation on an SOI-SRAM device having an abnormal BOX layer structure has been clarified by conducting both nanoprobe measurements and semiconductor device simulation (TCAD). The current-voltage characteristics obtained from nanoprobe measurements have clearly indicated that parasitic diodes, having a rectification characteristic are fabricated at the BOX/Si-substrate interface. Furthermore, the results of TCAD simulation suggests that numerous electron-hole pairs generated in the SRAM device could be collected to the drain contact via the parasitic diode and consequently, the huge drain current flows in the device.
These results imply that simple current-voltage measurement for a BOX layer region can identify the devices, having degradation of single event tolerance.

Free Research Field

半導体デバイスの放射線影響

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

BOI層を有するSOI基板は放射線に対する構造的な利点があることから宇宙用部品の材料として採用され、宇宙用の耐放射線設計と併用して利用されてきたが、BOX層の出来栄えによって放射線耐性が悪化する事象があった。本研究の結果、劣化の要因を明らかにすることが出来た。加えて、放射線試験を実施せずに、単純な電気的特性を取得するだけでその劣化要因の有無を識別することが出来ることを示した。