Development of weather, terrain, and ecosystem sensor nodes for installation at World Natural Heritage

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K11724
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60040:Computer system-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: Kanamoto Toshiki 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (30782750)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 幸男 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (80193291)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: センサノード / エナジーハーベスティング / 低消費エネルギー / 低電圧動作 / ノイズ耐性

Outline of Final Research Achievements

In order to increase the energy efficiency of a micro processor without using a pipeline, a 180nm CMOS process ASIC has been prototyped with a single stage configuration that executes a series of processes in one clock by operating the data memory asynchronously. In addition, we ported to 65nm SOTB process with variable back gate bias voltage, and searched for power supply voltage and back gate voltage to realize low energy consumption operation. In addition, through device analysis, circuit analysis, numerical analysis, and TEG (Test Element Group) measurements, we clarified nF-order capacitance that can be formed or placed on thin-film BOX SOI integrated circuits.

Free Research Field

半導体集積回路および組込みシステム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来、集積回路の電源網設計においては、電源ノイズの低減をはかるために配置される容量素子には、主にシリコン基板内部の接合容量やMOS容量素子が用いられてきた。本研究においては、最上層配線、およびさらにその上に形成可能な再配線層に着目し、これらに容量素子を配置することで総容量を増加し、低電源電圧下においてもプロセッサの安定した動作を実現することができることを示した。本研究の手法は、将来のグラフェントランジスタなど低電源電圧動作の半導体集積回路、およびそれらを搭載するシステムにも広く応用することが可能であり、波及効果を有する。また、本研究はメンテナンス不要なセンサノードの実現に貢献する。