A Probing for Long-Term Operating Environment of IoT Devices using Multi-Output MOSFET

使用多输出 MOSFET 探测物联网设备的长期运行环境

基本信息

批准号：
21K04091
负责人：
原田知親
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度では、0.18μmCMOSデザインルールを用いて試作した多端子MOSFETを基本的なディジタル回路に組み込み、電流検出動作等の評価・解析、シミュレーションによる解析モデルの構築結果を元に、論理動作時の挙動について検証を行った。使用したディジタル回路はAND回路（NAND回路＋インバータ）とし、構成するMOSFETの一部を多端子MOSFETに置き換えた形で構成し、集積化を行った。検証については、それぞれのOutput端子から出力される電圧値から、各論理動作における貫通電流等について、間接計測を試みた。その結果、論理動作における状態遷移時に生じる貫通電流をOutput端子間電圧から間接的に挙動をモニタすることが可能であると見出すことができた。次に、多端子MOSFETを組み込んだ集積回路の置かれている環境を計測するために、磁界・温度の検出動作を、プローブ位置や温度変化から評価を行った。その結果、プローブ位置や素子周辺温度に依らず磁界検出が可能であることや、温度に依らず磁界検出するプローブ位置がSourceから離れるほど磁界感度が高くなることが分かった。これは磁界検出するプローブ位置にかかっているOutput端子電圧の差によるものであると考えられる。そして、多端子MOSFETにおける磁界検出動作を示す式をMOSFETの動作原理から導出した。この式は、次年度で予定されているOutput端子間電圧からの動作環境の検出に必要で、前年度の電流検出と並んで、感度や動作レンジの算出には必要なものである。実際に導出し、得られた実験結果から考察すると、導出式が温度変化に対する磁界感度の変化を考慮した式となっていることが分かった。また、サイズの異なる多端子MOSFETや８角形MOSFETでも同様の傾向を示した。

在2022财年，使用0.18μmCMOS设计规则进行了原型的多末端MOSFET，并将其纳入了基本的数字电路中，并基于使用当前检测操作等分析模型的构建的结果，以及模拟，逻辑操作过程中的行为被验证。使用的数字电路是AN和电路（NAND电路 +逆变器），并且构造的部分MOSFET被多末端MOSFET替换，并集成。为了进行验证，试图从每个输出端子输出的电压值中测量每个逻辑操作中的通过电流以及类似的测量。结果，发现可以监视逻辑操作中从输出端子之间的电压中的状态过渡过程中发生的通过电流的行为。接下来，为了测量包含多末端MOSFET的集成电路的环境，根据探针位置和温度变化评估了磁场和温度检测操作。结果，发现无论探头位置或设备的周围温度如何，都可以执行磁场检测，并且磁场灵敏度随着检测到磁场的探头位置而增加，无论温度远离源，磁场的位置都会增加。这被认为是由于应用于检测磁场的探针位置的输出端子电压的差异。然后，一个显示多末端MOSFET中磁场检测操作的方程是从MOSFET的工作原理得出的。该方程是从计划明年计划的输出终端之间的电压中检测工作环境所必需的，对于计算灵敏度和操作范围以及前一年的当前检测是必不可少的。考虑到实际的推导和获得的实验结果，发现推导方程考虑了磁场对温度变化的敏感性的变化。对于不同尺寸的多末端和八角形MOSFET，也显示了相同的趋势。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

An Indirect Measuring Method for the Flow-Through Current using Multi-Output MOSFET

多输出MOSFET流过电流的间接测量方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomochika Harada;Keito Yamaguchi;Shinya Suzuki;Kota Oikawa
通讯作者：
Kota Oikawa

８角形多端子MOSFETの各端子の磁界検出特性の評価

八角形多端MOSFET各端子磁场检测特性评估

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
神谷壮紀;鈴木慎弥;高橋英之;原田知親
通讯作者：
原田知親

多端子MOSFETによるインバータを流れる電流の間接計測とその評価

使用多端 MOSFET 间接测量流经逆变器的电流及其评估

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryuichi Hirota;Toru Murayama;Ryota Katsumi;Tokuhisa Kawawaki;Shin Yabukami;Ryuji Igarashi;Yuichi Negishi;Moriaki Kusakabe;Masaki Sekino;Takashi Yatsui;Akihiro Kuwahata;山口慶人・鈴木慎弥・及川康太・原田知親
通讯作者：
山口慶人・鈴木慎弥・及川康太・原田知親

SOI構造を有する多端子MOSFET素子の動作解析

SOI结构多端MOSFET器件的工作分析