Socionext和合作伙伴發(fā)表宇宙射線(xiàn)介子和中子引起的半導體軟誤差之間的差異

建立環(huán)境輻射評價(jià)與對策的技術(shù)

Socionext Inc.與高能加速器研究組織材料結構科學(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(xué)設施 (MLF) 的μ 子科學(xué)設施 (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μ子束和正μ子束照射半導體器件的實(shí)驗反應堆。課題組通過(guò)使用多種類(lèi)型的量子束,實(shí)現了對宇宙射線(xiàn)μ子和中子對環(huán)境輻射影響的綜合測量。結果令人鼓舞,有望推動(dòng)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。預計該成果還將引領(lǐng)創(chuàng )建高度可靠的半導體設備,以支持未來(lái)的基礎設施。

此項研究工作成果已于2021年5月21日在線(xiàn)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(xué)技術(shù)振興機構(JST)的“企業(yè)、研究機構和學(xué)術(shù)界的開(kāi)放創(chuàng )新平臺計劃(OPERA)”的支持。

背景

隨著(zhù)半導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(shí)就會(huì )發(fā)生這種情況:更容易出現軟錯誤。所以人們會(huì )擔心環(huán)境輻射引起的軟錯誤會(huì )導致更嚴重的問(wèn)題。

過(guò)去,環(huán)境輻射中的宇宙射線(xiàn)中子被認為是引起軟誤差問(wèn)題的主要來(lái)源。另一方面,對于高度集成且使用較低電壓的先進(jìn)半導體器件,由同樣源自宇宙射線(xiàn)的 μ 子引起的軟錯誤已成為一個(gè)問(wèn)題。在落入地球的宇宙射線(xiàn)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(wèn)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別尚不明確。

結果

在這項研究中,為了了解宇宙射線(xiàn)μ子和中子引起的軟誤差的差異,研究小組通過(guò)用μ子和中子照射半導體器件進(jìn)行了對比評估。本實(shí)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(gè)粒子的軟錯誤發(fā)生率和趨勢。

發(fā)現μ子和中子在錯誤率的電源電壓依賴(lài)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。該結果為全球首次發(fā)現。

圖:軟錯誤率(左)和多位錯誤率(右)的電源電壓依賴(lài)性

未來(lái)

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介子在內的環(huán)境輻射引起的問(wèn)題。研究中發(fā)現的介子和中子之間效應的差異將有助于建立防止軟錯誤的最佳設計方法。本研究的結果也有望通過(guò)數值模擬促進(jìn)評估方法的發(fā)展。

未來(lái),基礎設施的可靠性將取決于大量的半導體器件,預計對環(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(jìn)行軟錯誤評估的開(kāi)發(fā)有望引領(lǐng)創(chuàng )建更安全、更可靠的半導體設備。

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)內容涉及片上系統(System-on-chip)的設計、研發(fā)和銷(xiāo)售。公司專(zhuān)注于以消費、汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域為核心的世界先進(jìn)技術(shù),不斷推動(dòng)當今多樣化應用發(fā)展。Socionext集世界一流的專(zhuān)業(yè)知識、經(jīng)驗和豐富的IP產(chǎn)品組合,致力于為客戶(hù)提供高效益的解決方案和客戶(hù)體驗。公司成立于2015年,總部設在日本橫濱,并在日本、亞洲、美國和歐洲設有辦事處,領(lǐng)導其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售。

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