半導体素子に対する宇宙線起因シングルイベント効果のマルチスケールシミュレーション

宇宙射线引起的单粒子效应对半导体器件的多尺度模拟

基本信息

批准号：
12J07673
负责人：
安部晋一郎
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は宇宙線による半導体素子のシングルイベント効果(Single-Event Effects : SEEs)に関するシミュレーションの高精度化である。SEEsとは放射線が電子機器内の半導体素子へ入射した際に起こる現象で、これにより機器に一時的な誤動作(ソフトエラー)が生じる。以下、平成25年度の研究で実施した三項目について成果をまとめる。(1) SER概算手法の構築迅速なSER概算手法の一つとして多重有感領域(MSV : Multiple Sensitive Volume)モデルがある。本研究ではデバイスシミュレータHyENExssを用いて電荷収集効率の位置依存性を調査し、MSYモデルを用いて二次宇宙線中性子起因SERを算出した。その結果、過去の共同研究で構築したマルチスケールモンテカルロシミュレーションコードPHYSERDによる詳細解析結果と比較して概ね良い一致を示したことより、SER概算手法構築の見通しを得た。(2) SOIデバイスへのアルファ線照射実験に関する解析大阪大学の共同研究グループにより実施された設計ルール65nmのSOTB (Silicon on Thin Buried Oxidc)デバイスへのアルファ線照射実験について、PHITSと単純有感領域モデルを用いたSER解析を行った。その結果、実験ではアルファ粒子による付与電荷量を超える電荷収集イベントが発生していることを明らかにした。SOTBデバイスへのアルファ粒子入射についてHyENEXSSを用いた過渡解析を実施した結果、寄生バイポーラ効果などによって付与電荷量を超える電荷が記憶ノードへ収集されることが判明した。この結果より、SOTBデバイスに関するSER解析を行うにはデバイスシミュレーションを実施する必要があると結論付けた。(3)物理モデルの精度検証核反応モデルの精度検証を行うとともに異なる核反応モデルを用いてPHYSERDによるSER解析を実施した。その結果、特に低臨界電荷量デバイスにおいて、二次生成陽子の放出角度・放出エネルギーの記述の精度がSER解析結果へ大きく影響を及ぼすことを明らかにした。また精度検証結果よりソフトエラー解析に推奨される核反応モデルを提案した。

这项研究的目的是提高宇宙射线对半导体器件造成的单粒子效应（SEE）的模拟精度。 SEE是当辐射进入电子设备中的半导体元件时发生的一种现象，导致设备暂时故障（软错误）。以下是 2013 财年进行的三项研究结果的总结。 (1)SER估计方法的构建快速SER估计方法之一是多敏感体积(MSV)模型。在本研究中，我们使用设备模拟器 HyENExss 研究了电荷收集效率的位置依赖性，并使用 MSY 模型计算了二次宇宙射线中子诱导的 SER。结果显示与使用多尺度蒙特卡罗模拟代码 PHYSERD 的详细分析结果基本吻合，该代码是在过去的联合研究项目中开发的，这为我们开发近似 SER 估计方法提供了前景。 (2) SOI器件的α射线照射实验分析关于大阪大学、PHITS和简单敏感区域的联合研究小组对设计规则为65 nm的SOTB(薄埋氧化物硅)器件进行的α射线照射实验我们使用该模型进行 SER 分析。结果，实验表明，发生的电荷收集事件超过了 α 粒子赋予的电荷量。使用HyENEXSS对SOTB器件中的α粒子注入进行瞬态分析，结果发现，由于寄生双极效应，超过施加电荷量的电荷被收集到存储节点中。根据该结果，我们得出结论，需要进行器件仿真才能对 SOTB 器件进行 SER 分析。 (3)物理模型的准确性验证我们验证了核反应模型的准确性，并使用不同的核反应模型使用PHYSERD进行了SER分析。结果，我们发现二次质子发射角和发射能量描述的准确性极大地影响SER分析结果，特别是在低临界电荷器件中。此外，基于精度验证结果，提出了推荐用于软误差分析的核反应模型。