建立環(huán)境輻射評價與對策的技術(shù)

Socionext Inc．與高能加速器研究組織材料結(jié)構(gòu)科學研究所,、京都大學綜合輻射與核科學研究所、大阪大學信息科學與技術(shù)研究生院經(jīng)共同研究，首次成功證明介子和中子引起的半導(dǎo)體器件的軟誤差具有不同的特性,。該研究小組對日本質(zhì)子加速器研究中心 （J－PARC）材料和生命科學設(shè)施 （MLF） 的μ 子科學設(shè)施 （MUSE）、京都大學研究中心（KUR）的熱中子束和大阪大學核物理研究中心 （RCNP） 的高能中子束進行了負μ子束和正μ子束照射半導(dǎo)體器件的實驗反應(yīng)堆,。課題組通過使用多種類型的量子束,，實現(xiàn)了對宇宙射線μ子和中子對環(huán)境輻射影響的綜合測量。結(jié)果令人鼓舞,，有望推動對于環(huán)境輻射引起的軟錯誤的有效評估方法和對策發(fā)展,。預(yù)計該成果還將引領(lǐng)創(chuàng)建高度可靠的半導(dǎo)體設(shè)備，以支持未來的基礎(chǔ)設(shè)施,。

此項研究工作成果已于2021年5月21日在線發(fā)表在IEEE Transactions on Nuclear Science,。

此項研究的部分工作得到了日本科學技術(shù)振興機構(gòu)（JST）的“企業(yè)、研究機構(gòu)和學術(shù)界的開放創(chuàng)新平臺計劃（OPERA）”的支持,。

背景

隨著半導(dǎo)體器件日漸高度集成并且其工作電壓日趨降低,，當電子信息被輻射意外改變時就會發(fā)生這種情況：更容易出現(xiàn)軟錯誤。所以人們會擔心環(huán)境輻射引起的軟錯誤會導(dǎo)致更嚴重的問題,。

過去,，環(huán)境輻射中的宇宙射線中子被認為是引起軟誤差問題的主要來源。另一方面,，對于高度集成且使用較低電壓的先進半導(dǎo)體器件,，由同樣源自宇宙射線的 μ 子引起的軟錯誤已成為一個問題。在落入地球的宇宙射線中,，介子約占所有粒子的四分之三,，有人指出它們可能造成比中子更大的問題。但是,，關(guān)于μ介子引起的軟誤差的報道很少,，中子引起的軟誤差和μ介子引起的軟誤差之間的區(qū)別尚不明確。

結(jié)果

在這項研究中,，為了了解宇宙射線μ子和中子引起的軟誤差的差異,，研究小組通過用μ子和中子照射半導(dǎo)體器件進行了對比評估。本實驗中使用了采用 20 納米 CMOS 工藝技術(shù)制造的 SRAM 電路,。每束量子束照射SRAM,，分析每一個粒子的軟錯誤發(fā)生率和趨勢。

發(fā)現(xiàn)μ子和中子在錯誤率的電源電壓依賴性、多位錯誤的比率以及多位錯誤模式的特征方面存在明顯差異,。該結(jié)果為全球首次發(fā)現(xiàn),。

圖：軟錯誤率（左）和多位錯誤率（右）的電源電壓依賴性

未來

研究成果將促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以有效解決包括μ介子在內(nèi)的環(huán)境輻射引起的問題,。研究中發(fā)現(xiàn)的介子和中子之間效應(yīng)的差異將有助于建立防止軟錯誤的最佳設(shè)計方法,。本研究的結(jié)果也有望通過數(shù)值模擬促進評估方法的發(fā)展。

未來,，基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性將取決于大量的半導(dǎo)體器件,，預(yù)計對環(huán)境輻射引起的軟錯誤的評估和對策將變得愈加重要。正如本研究中所做的那樣,，使用量子束進行軟錯誤評估的開發(fā)有望引領(lǐng)創(chuàng)建更安全,、更可靠的半導(dǎo)體設(shè)備。

關(guān)于Socionext Inc．

Socionext Inc．是一家全球性創(chuàng)新型企業(yè),，其業(yè)務(wù)內(nèi)容涉及片上系統(tǒng)（System－on－chip）的設(shè)計,、研發(fā)和銷售。公司專注于以消費,、汽車和工業(yè)領(lǐng)域為核心的世界先進技術(shù),，不斷推動當今多樣化應(yīng)用發(fā)展。Socionext集世界一流的專業(yè)知識,、經(jīng)驗和豐富的IP產(chǎn)品組合,，致力于為客戶提供高效益的解決方案和客戶體驗。公司成立于2015年,，總部設(shè)在日本橫濱,，并在日本、亞洲,、美國和歐洲設(shè)有辦事處,，領(lǐng)導(dǎo)其產(chǎn)品開發(fā)和銷售。

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