建立環(huán)境輻射評(píng)價(jià)與對(duì)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(xué)研究所,、京都大學(xué)綜合輻射與核科學(xué)研究所,、大阪大學(xué)信息科學(xué)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(duì)日本質(zhì)子加速器研究中心 （J－PARC）材料和生命科學(xué)設(shè)施 （MLF） 的μ 子科學(xué)設(shè)施 （MUSE）,、京都大學(xué)研究中心（KUR）的熱中子束和大阪大學(xué)核物理研究中心 （RCNP） 的高能中子束進(jìn)行了負(fù)μ子束和正μ子束照射半導(dǎo)體器件的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。課題組通過使用多種類型的量子束,，實(shí)現(xiàn)了對(duì)宇宙射線μ子和中子對(duì)環(huán)境輻射影響的綜合測(cè)量,。結(jié)果令人鼓舞，有望推動(dòng)對(duì)于環(huán)境輻射引起的軟錯(cuò)誤的有效評(píng)估方法和對(duì)策發(fā)展,。預(yù)計(jì)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(xiàng)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(xiàng)研究的部分工作得到了日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）的“企業(yè),、研究機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)界的開放創(chuàng)新平臺(tái)計(jì)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(dāng)電子信息被輻射意外改變時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況：更容易出現(xiàn)軟錯(cuò)誤,。所以人們會(huì)擔(dān)心環(huán)境輻射引起的軟錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的問題。

過去,，環(huán)境輻射中的宇宙射線中子被認(rèn)為是引起軟誤差問題的主要來源,。另一方面，對(duì)于高度集成且使用較低電壓的先進(jìn)半導(dǎo)體器件,，由同樣源自宇宙射線的 μ 子引起的軟錯(cuò)誤已成為一個(gè)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(bào)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(xiàng)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(jìn)行了對(duì)比評(píng)估,。本實(shí)驗(yàn)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(gè)粒子的軟錯(cuò)誤發(fā)生率和趨勢(shì),。

發(fā)現(xiàn)μ子和中子在錯(cuò)誤率的電源電壓依賴性、多位錯(cuò)誤的比率以及多位錯(cuò)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(cuò)誤率（左）和多位錯(cuò)誤率（右）的電源電壓依賴性

未來

研究成果將促進(jìn)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(cuò)誤的最佳設(shè)計(jì)方法,。本研究的結(jié)果也有望通過數(shù)值模擬促進(jìn)評(píng)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(jì)對(duì)環(huán)境輻射引起的軟錯(cuò)誤的評(píng)估和對(duì)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(jìn)行軟錯(cuò)誤評(píng)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(jì),、研發(fā)和銷售,。公司專注于以消費(fèi)、汽車和工業(yè)領(lǐng)域?yàn)楹诵牡氖澜缦冗M(jìn)技術(shù),，不斷推動(dòng)當(dāng)今多樣化應(yīng)用發(fā)展,。Socionext集世界一流的專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)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(yàn),。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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