平成 20 年 6 月 12 日

平成19年度イノベーション研究成果報告書
三菱電機株式会社 鎌倉製作所
宇宙システム部

1）利用課題番号：INV0704
2）利用課題名：加速低LET粒子による民生半導体部品宇宙適用試験の調査研究
3）利用者名：三菱電機株式会社 鎌倉製作所 宇宙システム部
藤本直伸（利用課題責任者）、松田純夫、小野塚徹
菱栄テクニカ株式会社
大矢次郎、広瀬孝幸、馬場信次、岡本弘樹
4）利用分野：新規利用分野
5）利用期間：2007年9月1日 ～ 2007年11月30日
マルチタンデム加速器施設利用日（実験日）
第1回目：2007年9月5日9：00～2007年9月7日9：00（2日間）
第2回目：2007年11月19日9：00～2007年11月21日9：00（2日間）
6）利用の目的・内容
民生用半導体部品を宇宙用機器等に適用できることは、宇宙開発の促進を図る
上から、又、諸外国との宇宙開発競争を勝ち抜く上からも、非常に価値のあることである。そこで、民生用半導体部品の適用限界と必要とされる改良点を探ることを目的として、まず、筑波大学マルチタンデム加速器施設で生成される各種低LET粒子の共用利用による適用試験の可能性について調査研究した。
7）成果の概要
以下に、2回に渡り実施した予備評価試験の結果と得られた成果を述べる。
I.予備評価試験 I の結果について(9 月 5 日～6 日)
下記の項目について実現の可能性を調査研究した。
(1) 1 秒間当り約 1000 個の粒子生成(2)レンジ(飛程長)の 40μm 以上の確保(3)ビームの品質確保(4)イオン種の確保(5)ビームの安定性を確保するためリアルタイムビーム測定の実現(6)金箔散乱後の距離の確保
図-1 に、照射イオン C, Cl, Br のビームスペクトラムを示す。
図-2 に、 三菱 4M SRAM の Cross Section 比較(BNL vs 筑波大)を示す。

1

照射イオン C,

図-1.

Cl,Br のビームスペクトラム

12 C 6+ 70MeV

散乱角：40度
ピーク：442ch

0200

400

600channel

800

1000

1200

35 Cl 13+ 140MeV

散乱角：17.5度
ピーク：420ch

0200400600channel

280010001200

79 Br 16+ 145MeV

散乱角：20度
ピーク：327ch, 335ch

020040060080010001200channel

図-2.

三菱 4M SRAM の Cross Section 比較(BNL vs 筑波大)

三菱 4M SRAM (M5M5V416BTP)
Cross Section 比較 （BNL vs 筑波大）
1.E+00

Cross Section [cm2/dev]

1.E-01

1.E-02

1.E-03
筑波大データ
BNLデータ
1.E-04

1.E-050510152025303
LET [MeV/(mg/cm2)]

35404550II.
予備評価試験 II の結果について(11 月 19 日～20 日)
1. 目的：I の(1)～(4)に対してどのくらいまで対応可能かを探る。
2. 準備：イオン源
高純度試料を使用、Al ホルダーを使用（Br）
コース
2nd Stripper Foilを設置（必要に応じて使用）
チェンバー
大型 ZnS、大型 Au 膜、入り口バッフル取りつけ～10φのスリットを設置（アーム上に）２～3 台の SSD モニターを設置
3.

実験１：ビーム品質の改善
方法：Au で散乱させたビームのエネルギー分布を測定する。
散乱角：20 度、30 度、40 度で測定
12Cビーム（12C6+ 、70MeV）―――
低エネルギーテール部の低減
35Clビーム（35Cl13+、140MeV）―――
エネルギースペクトラムの確認
79Brビーム（79Br16＋、170MeV）―――
63Cuビームの存在は28Siビーム（28Si12+、130MeV）―――
ビーム強度は197Auビーム（197Au17+、180MeV）―――
ビーム強度は（197Auでは 2nd Stripper Foilを使用、31 価又は 33 価を利用）

4.

実験２：0 度測定の試行【フルエンス率の改善】
方法：Qmag を OFF にして、分散したビームを生成し、水平方向のビーム強度分布を測定する。
12Cビーム（12C6+ 、70MeV）
28Siビーム（28Si12+、130MeV）、、＋35Clビーム（35Cl13+、140MeV）
79
79
16、Brビーム（ Br 、170MeV）、197Auビーム（197Au17+、180MeV）の各ビームで試行

5. 実験結果
具体的には､11/12(月)と 11/16(金)に準備を行い､当該実験は下記の通り進められた。
(1)

11/19(月)・加速粒子：12C 70MeV・ビームプロファイル
・散乱 35,30,25,20,15 度：良好・デフォーカス：良好
・GAF への照射は、フルエンス不足のため、ビーム分布は確認出来なかった。
（今回は約 1.26E6[ion/cm2]照射したが、1e8 程度必要と考える。
）(2) 11/20(火)・加速粒子：79Br 170MeV・ビームプロファイル
・散乱 25,15,10 度：まずまず（散乱体 Au2.5um の影響でビーム半値幅が広い）
・デフォーカス：不良（目的エネルギーピークの低エネルギー側に大きくテールを引いていた）※ 低エネルギー側テール発生の原因を特定出来ないため、今回もＢｒを断念した。

4

・加速粒子：35Cl 140MeV・ビームプロファイル
・散乱 30,20,10 度：まずまずであった。
・デフォーカス：良好（価数違いの粒子ピークがありますが、0.5%以下）※デフォーカスビームの調整で色々なパラメータを変えた。
最終的には、かなり綺麗なピークを出せるようになった。
7. 実験結果の評価
今回の結果から､前回の課題に対する評価結果を表-1 にまとめた。

番号
12

3

456

表-1 前回の課題に対する評価結果
予備実験指摘事項
今回の実験結果から
1 秒間当り約 1000 個の 炭素､塩素は問題ない。
粒子生成(現状 100 個以下)
レンジ(飛程長)の 40μm 以上の確保(Br では、20μm 以下)
ビームの品質確保(C,Cl,Br 共にコンタミネーションの排除)
イオン種の確保(今回予定していた Si イオンが利用できなかった｡)
ビームの安定性を確保するためリアルタイムビーム測定の実現(新規)
金箔散乱後の距離の確保(新規改造)

備考

今回検討の対象外

炭素､塩素は問題ない。

今回マシンタイム不足により実験せず
今回検討の対象外

今回検討の対象外

8. 実験のまとめ(1) ９月の実験で調子の良かった炭素、塩素は、今回も綺麗に照射する事が出来た。
(2)

今後の課題は下記のとおりである。
(a)シリコンの加速(b)臭素のプロファイルの改善（デフォーカス）(c)面分析の実施(3)
結果として、民生用半導体部品の宇宙への適用を推し進めるための基礎的実験及び改良研究に筑波大学マルチタンデム施設で生成される各種低 LET 元素を十分に利用できることが分かった。

5

今年度の成果をベースに来年度も研究を継続する必要があると考えている。
図-3 に、照射イオン C,Cl,Br のビームスペクトラムを示す。

照射イオン C,Cl,Br のビームスペクトラム

図-3.

12C 70MeV
1200
A_35deg
A_30degA_25deg
A_20deg
A_15deg
デフォーカス1000
80060040020000200400600

68001000

79Br 170MeV
120025deg
15deg
1０deg
デフォーカス１デフォーカス２

1000
80060040020000200400600

800

1000

1200

35Cl デフォーカス
1000
6mm_GVM
18mm_GVM
18mm_GVM_SLT1

800

600

40020000100200300

4005007600

700

8009001000

8）社会・経済への波及効果の見通し
民生用半導体部品を衛星などの宇宙機器に利用できるようになれば、宇宙開発コストの大幅な削減、諸外国との宇宙開発競争での優位性の確保、民生用半導体部品の信頼性向上等、大きな波及効果を生むものと確信している。
９）公開延期の希望の有無
公開延期の希望はありません。
10）その他要望等(1) 8 項「 実験のまとめ」の (2) 今後の課題に記述した下記の３項目について継続してデータ取得のご検討をお願いできないでしょうか。
(a)シリコンの加速(b)臭素のプロファイルの改善（デフォーカス）(c)面分析の実施(2) ライフサイクルの短い民生半導体部品のセンシティブな特性を正確に評価するためにはイオンビームのリアルタイム測定、照射効率の向上を目指して､一度に３～５個のサンプルに照射できる均一性のある 10cm 角程度の照射面積の確保、専用チャンバーの設置について関係機関を交えてご検討いただけないでしょうか。
(3) ビーム品質の良い新規ビーム開発及びそのユーザ提供にかかるマシンタイムの確保をマシン側で準備していただけないでしょうか。
以上よろしくお願いいたします。
以上8