JP4160605B2 - 乱数発生装置 - Google Patents
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- H03B29/00—Generation of noise currents and voltages
Description
本実施形態のノイズ生成素子は、トンネル絶縁膜12にシリコン酸化膜を用い、トラップ絶縁膜13にSiリッチなシリコン窒化膜(SiUN:U=1)を用いている(図1参照)。
|Fourier Coe.|=0.0006f-0.4705
となる。この式から、0.1%の揺らぎ成分に対するフーリエ係数の値を見積もることができる。
C=((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T/0.8664[nm])/LW2/5
となる。各パラメータが図7の条件と等しいとき、C=5.87[um-7/5]となる。また、上記のフーリエ係数の回帰分析式から、周波数1MHzでの揺らぎ成分の比率は約0.16%となる。各パラメータの積Cが、5.87×(0.1/0.16)よりも大きければ、1MHzにおける揺らぎ成分が0.1%以上であると考えられる。すなわち、以下の関係
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T/0.8664[nm])/LW2/5≧5.8678/1.6=3.67[um-7/5]
が満たされるとき、1MHzにおける揺らぎ成分が0.1%以上であると考えられる。
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
に、T=0.7[nm]及びU=1を代入することで得られる。
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
なる関係が満たされれば、1MHzの振動成分を0.1%以上含んだ乱数を生成することが可能なノイズ生成素子が得られる。
図12は、本実施形態に係るノイズ生成素子(半導体素子)の構成を模式的に示した断面図である。本実施形態のノイズ生成素子は、トンネル絶縁膜を形成せずに、シリコン基板10上にトラップ絶縁膜13を直接形成している。トラップ絶縁膜13には、Siリッチなシリコン窒化膜(SiUN:U=1)を用いている。
本実施形態のノイズ生成素子は、トンネル絶縁膜12に酸化ハフニウム(HfO2)膜を用い、トラップ絶縁膜13にSiリッチなシリコン窒化膜(SiUN:U=1)を用いている(図1参照)。酸化ハフニウム膜のトンネルバリア高は、シリコン酸化膜のトンネルバリア高よりも高い。
exp(−0.7×(3.1/1.5)1/2×{1.5/3.1}1/2/0.8664[nm])/exp(−0.7/0.8664[nm])=1
となる。したがって、HfO2膜をトンネル絶縁膜として用いた場合にも、SiO2膜をトンネル絶縁膜として用いた第1の実施形態の場合と同様の振幅揺らぎが得られる。ここでは、非常にトンネルしやすい状況であるため、有効質量mは電子静止質量の0.3倍としている。
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで0.1%以上のランダムノイズを得ることができる。
本実施形態のノイズ生成素子は、トンネル絶縁膜12にシリコン酸化膜を用い、トラップ絶縁膜13にSiリッチなシリコン酸化膜(SiVO:V>0.5)を用いている(図1参照)。Siリッチシリコン酸化膜の1原子あたりのSiダングリングボンド数は、Siリッチシリコン窒化膜(SiUN:U=1)の1原子あたりのSiダングリングボンド数と同じである。
[{(V−0.5)/(V+1)}×2+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで0.1%以上のランダムノイズを得ることができる。
本実施形態のノイズ生成素子は、トンネル絶縁膜12にシリコン酸化膜を用い、トラップ絶縁膜13にSiリッチなシリコン酸窒化膜(Six(SiO2)y(Si3N4)1-y(ただし、x>0、1≧y≧0)を用いている(図1参照)。Siリッチシリコン酸窒化膜の1原子あたりのSiダングリングボンド数は、Siリッチシリコン窒化膜(SiUN:U=1)の1原子あたりのSiダングリングボンド数と同じである。
x/(x+7-4y)×[(4−4y)/(4−2y)+{2y/(4−2y)}×2]
となる。つまり、本実施形態では、1原子あたりのSiダングリングボンド数が、
x/(x+7-4y)×[(4−4y)/(4−2y)+{2y/(4−2y)}×2]=0.125
となる。この条件式を満たすように、x及びy値が決められる。例えばy=0.5のときは、x=15/29となる。
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで0.1%以上のランダムノイズを得ることができる。
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで0.1%以上のランダムノイズを得ることができる。
本実施形態のノイズ生成素子は、第5の実施形態と同様、トンネル絶縁膜12にシリコン酸化膜を用い、トラップ絶縁膜13にSiリッチなシリコン酸窒化膜(Six(SiO2)y(Si3N4)1-y(ただし、x>0、1≧y≧0)を用いている(図1参照)。Siリッチシリコン酸窒化膜の1原子あたりのSiダングリングボンド数は、Siリッチシリコン窒化膜(SiUN:U=1)の1原子あたりのSiダングリングボンド数と同じである。また、本実施形態のノイズ生成素子では、1MHzの振動成分(1MHzにおける揺らぎ成分)を1%以上含んでいる。
x/(x+7−4y)×[(4−4y)/(4−2y)+{2y/(4−2y)}×2]
となる。つまり、本実施形態では、1原子あたりのSiダングリングボンド数が、
x/(x+7−4y)×[(4−4y)/(4−2y)+{2y/(4−2y)}×2]=0.125
となる。この条件式を満たすように、x及びy値が決められる。例えばy=0.5のときは、x=15/29となる。
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで1%以上のランダムノイズを得ることが可能である。
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで1%以上のランダムノイズを得ることが可能である。
本実施形態のノイズ生成素子は、第5の実施形態と同様、トンネル絶縁膜12にシリコン酸化膜を用い、トラップ絶縁膜13にSiリッチなシリコン酸窒化膜(Six(SiO2)y(Si3N4)1-y(ただし、x>0、1≧y≧0)を用いている(図1参照)。Siリッチシリコン酸窒化膜の1原子あたりのSiダングリングボンド数は、Siリッチシリコン窒化膜(SiUN:U=1)の1原子あたりのSiダングリングボンド数と同じである。また、本実施形態のノイズ生成素子では、1MHzの振動成分(1MHzにおける揺らぎ成分)を0.01%以上含んでいる。
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで0.01%以上のランダムノイズを得ることが可能である。
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
なる関係を満たしていれば、1MHzで0.01%以上のランダムノイズを得ることが可能である。
1/(L・W2/5)≧2.23[μm-7/5]
という条件を満たせばよい。
1/(L・W2/5)≧22.25[μm-7/5]
という条件を満たせばよい。
1/(L・W2/5)≧2.23×102[μm-7/5]
という条件を満たせばよい。
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
なる関係を満たす。
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
なる関係を満たす。
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
なる関係を満たす。
12…トンネル絶縁膜 13…トラップ絶縁膜
14…制御絶縁膜 15…ゲート電極(制御電極)
16a…ソース領域 16b…ドレイン領域
30…ノイズ源 31…ノイズ生成素子
40…入力回路 41、42…MOSトランジスタ
50…ローパスフィルタ 60…コンパレータ
70…バッファ 71、72…MOSトランジスタ
80…ハイパスフィルタ
Claims (20)
- ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間に設けられたチャネル領域と、前記チャネル領域上に設けられた絶縁部であって、ダングリングボンドに基づくトラップを有し且つSix(SiO2)y(Si3N4)1-yMz(ただし、MはSi、O及びN以外の元素、x≧0、1≧y≧0、z≧0、x=0且つy=1且つz=0の場合は除く)で表されたトラップ絶縁膜を含んだ絶縁部と、を備え、前記トラップに捕捉された電荷の量に応じて前記チャネル領域の導電性がランダムに変動する半導体素子と、
前記半導体素子に接続され、前記チャネル領域の導電性のランダムな変動に基づく乱数を生成する乱数生成部と、
を備えたことを特徴とする乱数発生装置。 - 前記絶縁部は、前記チャネル領域と前記トラップ絶縁膜との間に設けられたトンネル絶縁膜をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記チャネル領域のチャネル長をL[μm]、前記チャネル領域のチャネル幅をW[μm]、前記チャネル領域と前記トラップ絶縁膜との間のトンネル絶縁膜の厚さをT[nm](ただし、T≧0)、前記トンネル絶縁膜のバリア高をH[eV]として、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、Six(SiO2)y(Si3N4)1-y(ただし、x≧0、1>y>0)と表され、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項3に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、SiUN(ただし、U≧0.75)と表され、
以下の関係が満たされる
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項3に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、SiVO(ただし、V>0.5)と表され、
以下の関係が満たされる
[{(V−0.5)/(V+1)}×2+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項3に記載の乱数発生装置。 - 前記チャネル領域のチャネル長をL[μm]、前記チャネル領域のチャネル幅をW[μm]として、
以下の関係が満たされる
1/(L×W2/5)≧2.23
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、Six(SiO2)y(Si3N4)1-yMz(ただし、MはSi、O及びN以外の元素、x>0、1≧y≧0、z≧0)と表され、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧0.37[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項3に記載の乱数発生装置。 - 前記チャネル領域のチャネル長をL[μm]、前記チャネル領域のチャネル幅をW[μm]、前記チャネル領域と前記トラップ絶縁膜との間のトンネル絶縁膜の厚さをT[nm](ただし、T≧0)、前記トンネル絶縁膜のバリア高をH[eV]として、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、Six(SiO2)y(Si3N4)1-y(ただし、x≧0、1>y>0)と表され、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項9に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、SiUN(ただし、U≧0.75)と表され、
以下の関係が満たされる
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項9に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、SiVO(ただし、V>0.5)と表され、
以下の関係が満たされる
[{(V−0.5)/(V+1)}×2+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項9に記載の乱数発生装置。 - 前記チャネル領域のチャネル長をL[μm]、前記チャネル領域のチャネル幅をW[μm]として、
以下の関係が満たされる
1/(L×W2/5)≧22.25
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、Six(SiO2)y(Si3N4)1-yMz(ただし、MはSi、O及びN以外の元素、x>0、1≧y≧0、z≧0)と表され、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧3.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項9に記載の乱数発生装置。 - 前記チャネル領域のチャネル長をL[μm]、前記チャネル領域のチャネル幅をW[μm]、前記チャネル領域と前記トラップ絶縁膜との間のトンネル絶縁膜の厚さをT[nm](ただし、T≧0)、前記トンネル絶縁膜のバリア高をH[eV]として、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、Six(SiO2)y(Si3N4)1-y(ただし、x≧0、1>y>0)と表され、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項15に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、SiUN(ただし、U≧0.75)と表され、
以下の関係が満たされる
((U−0.75)/(1+U)+0.01174)1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項15に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、SiVO(ただし、V>0.5)と表され、
以下の関係が満たされる
[{(V−0.5)/(V+1)}×2+0.01174]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項15に記載の乱数発生装置。 - 前記チャネル領域のチャネル長をL[μm]、前記チャネル領域のチャネル幅をW[μm]として、
以下の関係が満たされる
1/(L×W2/5)≧2.23×102
ことを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。 - 前記トラップ絶縁膜が、Six(SiO2)y(Si3N4)1-yMz(ただし、MはSi、O及びN以外の元素、x>0、1≧y≧0、z≧0)と表され、
以下の関係が満たされる
[x/(x+7−4y+z)×{(4−4y)/(4−2y)+2y/(4−2y)×2}]1/2×exp(−T{H/3.1[eV]}1/2/0.8664[nm])/LW2/5≧36.67[μm-7/5]
ことを特徴とする請求項15に記載の乱数発生装置。
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