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2017 年度 実績報告書

高効率かつ高信頼で長時間動作可能な「もの」のインターネット機器の実現

研究課題

研究課題/領域番号 15H02677
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

小林 和淑  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (70252476)

研究分担者 古田 潤  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (30735767)
松本 高士  東京大学, 大規模集積システム設計教育研究センター, 助教 (70417369)
西澤 真一  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40757522)
吉河 武文  長野工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (60636702)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードソフトエラー / NBTI / RTN / 信頼性
研究実績の概要

平成29年度は,IoT機器に向け,トランジスタのしきい値を上げて,間欠動作に対応した試作プロセスを用いて,LSIの試作を行った.そのLSIに,α線と重イオンを照射し,α線ではソフトエラーが発生せず,信頼性が非常に高いことを実証した.一方,重イオンではソフトエラーが発生したが,従来のしきい値の低いプロセスに比べ,そのエラー率(衝突断面積)は小さいことがわかった.この原因をデバイスシミュレーションで解き明かそうとしたが,シミュレーションでは再現せず,現在その原因を調査中である.長期信頼性(BTI)に関しては,ウェハ上の単体トランジスタを長期間動作させ,その劣化と回復特性を,基板バイアスと温度により測定した.この測定はプローバを用いて実施するため,最長でも3日間が限度である.また,LSIテスタを用いて発振器の劣化特性を調べたが,こちらも3日間が限度であった.その制限を打ち破るために,マイコンとFPGA,定電圧回路を組み合わせた低電力な長期信頼性評価測定系を設計し,従来のLSIテスタを利用した測定系とほぼ同じ劣化率となることを確認した.さらに,動的な特性変動であるRTNについては,Verilog-Aによりその特性変動を模擬し,単体トランジスタと発振器の動的変動を再現することに成功した.研究成果は原著論文2本,2件の招待講演,国際会議での9件の発表を通じて,公表を行った.発表に関しては,昨年度の発表も含めて3件の受賞実績を残した.3月には信頼性に関するシンポジウムも開催し,国外から著名な研究者を集めて,信頼性に関して密に議論した.このシンポジウムはWebメディア上で記事になり,関心を集めた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

原著論文,招待講演,国際会議での発表で高い評価を得ている.ソフトエラー率を評価するために試作したしきい値の高いLSI上のフリップフロップは,シミュレーション結果と異なり,非常にエラー率が低くなった.これは信頼性上はうれしいことであるが,その要因を探るべく様々な条件でシミュレーションを行っている.長期信頼性に関しては,電源を投入して常に動作するIoT向けに,数年にも渡る超長期信頼性を測定するための測定環境を構築した.この測定環境は企業にも興味を持っていただき,共同研究に結びつけることが出来た.

今後の研究の推進方策

今年度は,最終年度となるため,研究成果の取りまとめを行うとともに,昨年度構築した超長期信頼性測定環境を用いて,LSIの経年劣化を測定する.さらに,懸案事項のしきい値の高いトランジスタでの低ソフトエラー率についても,評価を進め,その要因を探る予定である.また,試作はソフトエラー率が低く信頼性の高いSOIプロセスで行っていた.SOIプロセスは試作できるファブが限られる.一方,バルクプロセスはソフトエラー率が高いものの,多数のファブで試作できる.研究成果を広く社会に還元するためには,バルクプロセスでのソフトエラー・長期信頼性対策も重要であるため,この研究も進め,今後につなげる予定である.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Evaluation of plasma-induced damage and bias temperature instability depending on type of antenna layer using current-starved ring oscillators2018

    • 著者名/発表者名
      Kishida Ryo、Furuta Jun、Kobayashi Kazutoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 04FD12~04FD12

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.04FD12

  • [雑誌論文] Replication of Random Telegraph Noise by Using a Physical-Based Verilog-AMS Model2017

    • 著者名/発表者名
      T. Komawaki, M. Yabuuchi, R. Kishida, J. Furuta, T. Matsumoto, and K. Kobayashi
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E-100A ページ: 2758-2763

    • DOI

      10.1587/transfun.E100.A.2758

    • 査読あり
  • [学会発表] Sensitivity to Soft Errors of NMOS and PMOS Transistors Evaluated by Latches with Stacking Structures in a 65 nm FDSOI Proces2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yamada, H. Maruoka, J. Furuta, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      IEEE International Reliability Physics Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Layout Structures to Soft Errors Caused by Higher-energy Particles on 28/65 nm FDSOI Flip-Flops2017

    • 著者名/発表者名
      M. Hifumi, H. Maruoka, S. Umehara, K. Yamada, J. Furuta, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      IEEE International Reliability Physics Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] A 16 nm FinFET Radiation-hardened Flip-Flop, Bistable Cross-coupled Dual-Modular-Redundancy FF for Terrestrial and Outer-Space Highly-reliable Systems2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi, J. Furuta, H. Maruoka, M. Hifumi, S. Kumashiro, T. Kato, and S. Kohri
    • 学会等名
      IEEE International Reliability Physics Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] A Flip-Flop with High Soft-error Tolerance and Small Power and Delay Overheads2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamada, H. Maruoka, J. Furuta, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      Symposium on Low-Power and High-Speed Chips (COOL Chips)
    • 国際学会
  • [学会発表] Circuit-level Simulation Methodology for Random Telegraph Noise by Using Verilog-AMS2017

    • 著者名/発表者名
      T. Komawaki, M. Yabuuchi, R. Kishida, J. Furuta, T. Matsumoto, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      Circuit-level Simulation Methodology for Random Telegraph Noise by Using Verilog-AMS
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasma Induced Damage Depending on Antenna Layers in Ring Oscillators2017

    • 著者名/発表者名
      R. Kishida, J. Furuta, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiation-Hardened Flip-Flops with Low Delay Overheads Using PMOS Pass-Transistors to Suppress a SET Pulse in a 65 nm FDSOI Process2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamada, H. Maruoka, J. Furuta, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      The conference on Radiation and its Effects on Components and Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly-reliable Integrated Circuits for Ground and Space Applications2017

    • 著者名/発表者名
      ,K. Kobayashi
    • 学会等名
      International Conference on ASIC
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] ソフトエラー関連情報

    • URL

      http://www-vlsi.es.kit.ac.jp/SERconf/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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