超小型衛星に搭載される民生部品の放射線耐性に関する研究
191A3041 木下瑚采音

指導教員 趙孟祐 教授

1, 研究の背景と目的

3, 実験結果近年高まる超小型衛星の需要に伴い、COTS の必要性も増している。これは、「低価格」「短期間の開発」という超小型衛星の利点を支える要素のひとつと言え、ここでは民生部品を宇宙機に利用することを指す。
そのためには、民生部品が宇宙でも使用可能であるか調べる必要がある。宇宙環境
では地上と異なり、放射線の影響が大きい。
そこで、この研究では放射線の累積によって生じる TID(トータルドーズ効果)に焦点を当て、その試験を地上で行った。
「超小型衛星搭載民生部品データベース」(https://space-cots-data.jp/) と い う データベースには、様々な大学の超小型衛星に使用された/されている民生部品の情報が掲載されている。ここに掲載されている部品の放射線試験のデータを補完し、データベースを充実したものにすることが目的である。

各素子それぞれ 8 個ずつ放射線試験にかけた。100Gy 照射時・150Gy 照射時のドレイン電流の試験開始時との変化率をまとめると次の表のようになった。
なお、変化率＝(ある時点での電流値-通常時の電流値)/通常時の電流値×100[%]として計算した。
表 1, 素子ごとの変化率(100Gy/150Gy)

2, 実験方法
産業医科大学のアイソトープ研究センタ
ーにて、線源がセシウム 137 のガンマセルにてガンマ線の照射を行った。
試験対象は、データベースに記載されており、地上試験を行っていない素子である。
また、TID の影響を受けやすい MOS 構造を持つ MOSFET に限定して選定した。
試験時は、試験基板に素子を載せチャンバー内に配置した。配線によって制御基板と接続し 出力電流を読み取り、 PC にてLabVIEW を利用し、放射線を照射しても流れるべき電流が流れているかどうか、モニタリングと記録を行った。

素子名
Name

変化率[%]
Rate of variation

100Gy150Gy

DMG1013T-7-0.33-0.43

REF3012AIDBZT-0.66-0.77

IRLML0030TRPBF

8.11

10.80

4, 考察とまとめ
実験結果より得られた、上記の表 1 の変化 率 よ り DMG1013T-7(PMOS/FIT-SAT) 、REF3012AIDBZT(CMOS/鳳龍 4 号)については、劣化が見られなかった。しかし、
IRLML0030TRPBF(NMOS/KSAT-2)は、劣化が確認できたといえる。

5, 今後の課題
データベースに記載されている素子がほとんど入手困難であったため、その対応が課題となる。
また、放射線試験自体をよりスムーズに行うために準備の簡略化と確実性の向上、そして最終的には放射線耐性の結果より放射線試験耐性の有無をデータベースに実際に掲載していくことが必要である。

Research on Radiation Resistance of Consumer Components on Nano-Satellites
191A3041 木下瑚采音

Supervisor 趙孟祐 教授

1, Background and Purpose of the Study
With the growing demand for nano-satellites inrecent years, the need for COTS is also
increasing. This can be said to be one of thefactors supporting the advantages of nano-satssuch as "low cost" and "short development
time," which here refers to the use of consumer
components for spacecraft.
For this purpose, it is necessary to investigate
whether civilian components can be used inspace. Unlike on the ground, the effects ofradiation are greater in the space environment.
Therefore, this study focused on the TID: Total
Ionized Dose Effect caused by the accumulationof radiation and tested it on the ground.
The database "Database of Consumer
Components onboard Nano-Sats" (https://spacecots-data.jp/) contains information on consumer
components that are/were used in nano-sats ofvarious universities. The purpose of this projectis to supplement the radiation test data of thecomponents listed here and to enrich thedatabase.

2, Experimental Method
Gamma irradiation was performed at theIsotope Research Center of the Institute of theuniversity of Occupational and Environmental
Health, using a gamma-ray gamma cell withcesium-137 as the source of radiation.
The test subjects are MOSFETs with MOS
structures that are susceptible to TID and that arelisted in the database but not tested on theground.
During the test, a test substrate with the device
on it was placed in the chamber. It wasconnected to a control board, the output current
was read, and monitored and recorded on a PC
using LabVIEW.

3, Experimental results
Eight elements were tested each. The percent
change in drain current from the start of the testat 100 Gy and 150 Gy irradiation was as shownin the following table.
𝑅𝑎𝑡𝑒 𝑜𝑓 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛＝|𝐶𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡 𝑎𝑡 𝑎 𝑔𝑖𝑣𝑒𝑛 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡 𝑖𝑛 𝑡𝑖𝑚𝑒 − 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙| × 100[%]
𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑐𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡

table1, Rate of change per element (100Gy/150Gy)

素子名Name

変化率[%]
Rate of variation

100Gy150Gy

DMG1013T-7

-0.33

-0.43

REF3012AIDBZT-0.66-0.77

IRLML0030TRPBF

8.11

10.80

4, Consideration and Summary
Based on the rates of change in Table 1 above,no degradation was observed for DMG1013T-7(PMOS/FIT-SAT)and
REF3012AIDBZT(CMOS/Horyu-4).
However, it can be said that degradation wasobservedforIRLML0030TRPBF(NMOS/KSAT-2).

5, Future tasks
Since most of the elements listed in thedatabase were difficult to obtain, this is an issue
to be addressed.
It is also necessary to simplify the preparationand improve the certainty of the radiation test
itself to make it run more smoothly, and finally,
to actually post the radiation test resistance or
not in the database from the results of radiation
resistance.

目次
第 1 章 序論
1.1 研究背景
1.2 宇宙環境における放射線1.3 超小型衛星搭載民生部品データベース
1.4 研究目的
第 2 章 放射線について
2,1 放射線が宇宙機に及ぼす影響
2.2 シングルイベント効果(SEE : Single Event Effect)
2.3 トータルドーズ(TID：Total Ionized Dose Effect)
第 3 章 放射線試験について
3.1 TID 試験
3.2 試験施設
3.2.1 産業医科大学の敷地内のアイソトープ研究センター
3.2.2 九州大学加速器センター
3.3 試験システム
第 4 章 試験内容
4.1 試験の目的
4.2 素子の選定
4.3 試験の実施
4.4 試験方法
4.5 試験結果
4.6 考察4.6.1 素子の生産停止について
4.6.2 試験結果について
4.6.3 IRLML0030TRPBF について

第5章

結論

第6章

今後の予定と課題

参考文献
謝辞
付録
・MOSFET について / 各素子の試験回路 / 計測基板---------------------------------------------------------------------------------------全文を希望の方は cho.mengu801@mail.kyutech.jp までご連絡ください