スマートフォンやパソコンだけでなく、冷蔵庫などの家電に至るまでコンピューターが搭載されるようになり、電子機器は私達の生活には欠かせないものとなりました。しかし、最近では、これら電子機器の誤作動を引き起こす原因の一つとしてソフトエラー※1と呼ばれる現象が注目されています。ソフトエラーとは一過性の誤作動や故障のことで、その要因の一つは宇宙線※2が電子機器に衝突して生じる半導体デバイスのビット情報反転※3です。宇宙線は地上に降り注ぐ自然の放射線で、この正体は目に見えない中性子やミュオン※4です。半導体デバイスの微細化・低消費電力化が進むにつれ、放射線耐性は低下しており、従来懸念されてきた宇宙線中性子ばかりでなく、宇宙線ミュオンによるソフトエラー発生の可能性も指摘されています。
負ミュオンの照射実験結果の報告はこれまでになく、ソフトエラーの正確な評価とそれに対する対策はIoT※6の進展による超スマート社会の実現に寄与すると考えられます。今後は、さらに試験データを蓄積し、シミュレーション手法の精度を高めたソフトエラー発生率の評価技術を確立し、その技術を次世代半導体デバイスの設計などに応用することで、自動運転やIoT分野の安心・安全な半導体技術の創出に貢献することが期待されます。
・電子機器の誤作動を引き起こす原因の一つとしてのソフトエラーの現象が注目されている。
・ソフトエラーの原因として宇宙線中性子だけでなく宇宙線ミュオンの可能性も指摘されている。
今日の高度情報化社会は、情報通信技術を用いて生み出される多くの高性能・多機能な電子機器によって支えられており、これらに誤作動が生じた場合、甚大な被害が引き起こされるリスクがあります。そのため、機器の性能向上に加えて、安心・安全の観点から信頼性の確保が重要となります。近年注目されている電子機器の誤作動の原因の一つにソフトエラーと呼ばれる現象があります。ソフトエラーとは電子機器が放射線(宇宙線)に曝された際に生じる一過性の誤作動や故障のことです。宇宙線は絶えず地上に降り注いでいて、その宇宙線のうち、主要な成分(荷電粒子の約75%)はミュオンです。ミュオンは透過力が高いので、電子機器の中にも到達します。
放射線による半導体デバイスの誤作動は確率的に稀にしか起こらない現象ですが、IoTの普及とともに世界中で膨大な数の半導体デバイスが使われているため、今後、発生数が増えることが予想されます。特に、社会インフラを支えている電子機器内でいったん誤作動がおこると、致命的な障害を起こす可能性があります。次世代半導体デバイスで顕在化が危惧されている宇宙線ミュオンに起因するソフトエラーの発生機構を実験・シミュレーションによりさらに解明し、エラー率推定のための基盤技術(国内ミュオン施設を活用した試験技術と先端シミュレーション技術)を開発していきます。開発された基盤技術を次世代半導体デバイスの設計などに応用することで、車の自動運転やIoT分野の安心・安全な半導体技術の創出に貢献することが期待されます。
ソフトエラーとは、電子機器中のメモリ等の半導体集積回路が何らかの原因で誤作動する現象のこと。回路に致命的なダメージを与えるハードエラーと違って一時的なものです。このソフトエラーは、地上まで到達する二次宇宙線(主として中性子)が大きな要因となっており、宇宙線がメモリセルに衝突した際にセルに蓄えられた電荷量の値を変化させることで、メモリ情報のビット反転(シングルイベントアップセット)を引き起こすことがメモリ誤作動の原因の一つとなっています。
ミュオンは、電気素量に等しい電荷を持ち、電子の約200倍の質量を持つ、素粒子レプトンの一つです。ミュオンの平均寿命は2.2×10-6秒で、電子とニュートリノに崩壊します。電荷が正および負のミュオンが存在します。