JP4719220B2 - 集積回路チップのための宇宙線検出器 - Google Patents

集積回路チップのための宇宙線検出器

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Description

（関連出願）本願は、同じ発明者による「宇宙線検出に応答する装置」という名称の出願（ドケット番号４２Ｐ１８５８４）と同日に出願される。関連出願および技術分野の部分を除いて２つの出願は同一の明細書および図面を有するが、請求項は異なる。
（技術分野）本発明は、集積回路チップのための宇宙線検出器に関する。
地球表面上の通常のバックグラウンド放射線環境は、コンピュータに使用されるメモリチップのような半導体集積回路チップの信頼性に影響を及ぼすことが時々ある電離要素を有する。侵入粒子がチップのｐｎ接合部付近にあると、ソフトエラーすなわち単事象誤動作が誘起されることがあり、これは信号に電圧変化を生じさせ、それゆえ、データのビットに電圧値変化を生じさせる可能性がある。侵入粒子をきっかけとして過剰な電子正孔対が発生する。ｐｎ接合部付近の場は、十分に強ければ、これらの電子および正孔を再結合前に分離し、所定の符号の過剰なキャリアを付近のデバイス接触部まで運び去る。この集められた電荷が臨界しきい値を越えるとランダムな信号が登録される。
中性子または陽子の形態をとる宇宙粒子は、チップ内のシリコン原子核とランダムに衝突してそのいくつかを破砕し、反跳原子核を含むアルファ粒子およびその他の２次粒子を生成することができる。これらは、極めて高くなり得るエネルギー（とはいっても入射核子のエネルギーよりは低いのは当然である）を有してあらゆる方向に移動することができる。こうして生成されるアルファ粒子の経路は、時にはシリコンを通過して百ミクロンまで延びることがある。電離粒子の飛跡は、チップの関心容積を通過して１ミクロンから数ミクロンまで延び、それをきっかけとして、３．６ｅＶ（電子ボルト）のエネルギー損失当たり１対の割合で電子正孔対を生成する。典型的な飛跡は、百万対の正孔および電子に相当する。
宇宙線に誘起されたコンピュータの故障が発生しており、デバイス（例えばトランジスタ）のチップにおけるサイズの減少に伴い、その頻度は増加するものと見込まれている。この問題は、次の十年間においてコンピュータ信頼性の主要な制限要因になると予測されている。
チップ内の宇宙線相互作用に起因するソフトエラーの数をゼロにするまたは低減するために、様々なアプローチが提案されている。特にデバイスのサイズが減少し続けているので、こうしたアプローチのいずれも完全に成功しているわけではない。
別のアプローチは、ある程度はソフトエラーが生じることを受け入れて、全ての計算に冗長性を持たせるようにメモリおよび論理回路を設計するというものである。このアプローチは、より多くのゲートと、寄与冗長要素間の十分な空間的分離とを含み、同じ宇宙線による共通のソフトエラーを防止するというものである。このアプローチは、多数のチップに対しては実用的でない。
本発明は、以下に与えられる詳細な説明から、および本発明の実施例の添付の図面から、さらに十分に理解されよう。しかし、これらは、記載の具体的な実施例に本発明を限定するものとしてとらえるべきではなく、説明および理解のみを目的としている。
Ａ．チップおよび装置の例
図１を参照すると、チップ２０は、入力信号を導体２２で受信し、出力信号を出力導体２８に与える回路２４を含む。回路２４は、多種の回路のいずれかを含み、多種の機能のいずれかを実行する。宇宙線検出器２６は、チップ２０に入る少なくともいくつかの宇宙線を検出する。宇宙線検出器２６は、宇宙線検出の表示を回路２４に与える。宇宙線検出信号は様々な方法で表示される。例えば、宇宙線検出信号が宇宙線検出器２６から回路２４までは導体上で論理ハイ電圧である一方で、同じ導体上の論理ロー電圧は宇宙線検出を表示しないが、このことが必須というわけではない。図１には示されない付加的な回路が宇宙線検出器２６と回路２４との間に存在してもよい。よって、宇宙線検出信号は、宇宙線検出器２６と回路２４との間で、その形態、状態またはその他の特徴を変化させてよい。用語「宇宙線」は、本明細書で使用されているが、チップ内の信号の電圧を変化させる様々な宇宙線または宇宙粒子を含むように広く解釈されることを意図している。
いくつかの実施例において、宇宙線検出器２６は、宇宙線とチップまたはチップパッケージとの相互作用の効果を検出することによって宇宙線を間接的に検出するものであり、宇宙線自体を直接的に検出するものではない。その他の実施例においては、宇宙線検出器２６は宇宙線を直接的に検出する。いくつかの実施例においては、宇宙線検出器２６は、宇宙線を直接的および間接的の両方で検出することができる。検出された宇宙線には、ソフトエラーを引き起こすものもあれば、ソフトエラーを引き起こさないものもあると思われる。宇宙線検出器２６には、宇宙線が実際にソフトエラーを引き起こすかどうかはわからない。また、いくつかの宇宙線検出器が、誤って宇宙線を識別し、その誤った識別に応答して宇宙線検出信号を生成することが時には起こる可能性もある。
実施例によって、回路２４が宇宙線検出信号の受信に応答する方法は様々である。例えば、いくつかの実施例において、回路２４は、出力信号を導体２８に送信することを一時的に停止する。回路２４の内部のいくつかのまたは全ての信号は破棄され、入力信号の少なくともいくつかが回路２４によって再び処理される。以下に説明するように、いくつかの実施例において、いくつかの内部信号は破棄されるのではなく、保存されて再使用される。入力信号が再処理された後に、結果的に得られる出力信号が導体２８に与えられる。出力信号は、クロック信号による出力信号のクロック処理を阻止することによって、一時的に停止される。いくつかの実施例において、導体２８は、一時的に高インピーダンス状態（トライステート状態とも呼ばれる）に置かれるが、このことが必須というわけではない。
いくつかの実施例において、宇宙線が検出されると、回路２４は当初の状態で再起動される。これは、ソフトエラーは生じないだろうという予測における、新規な種類の投機実行である。ビット値または複数のビットが、チップ動作中の論理処理ユニット付近での宇宙線の事象を記録する。多くの動作に対しては、その動作が終了してその結果が別の論理要素によって使用されているとしても、単数のまたは複数の信号が（潜在的に）エラーを受ける可能性があったという事実を記録すれば十分である。
図２は、図１の回路２４の例を与えるが、回路２４がこうした詳細を含むことが必須というわけではない。図２の例において、回路２４は、サブ回路ＳＣ１、ＳＣ２およびＳＣ３を含む。サブ回路は、非常に単純な回路から、数百万のトランジスタを含む非常に大規模な回路までのいずれの回路でもよい。サブ回路ＳＣ１は、入力信号を受信して、それに対して所定の動作を実行して内部信号ＩＳ１を生成する。サブ回路ＳＣ２は内部信号ＩＳ１を受信して、それに応答して内部信号ＩＳ２を生成する。サブ回路ＳＣ３は、内部信号ＩＳ２を受信してそれを出力信号として選択的に導体２８に与える出力回路である。サブ回路ＳＣ３が出力信号を出力することは、論理３２からの出力制御信号によって（例えば、クロック信号による出力信号のクロック処理を阻止することによって）選択的に阻止される。サブ回路ＳＣ３は、単純な論理ゲートでもよく、またはより複雑であってもよい。サブ回路は、図示のものに加えて、入力信号および出力信号を受信してもよい。
動作中は、通常、宇宙線検出器２６は宇宙線を検出せず、宇宙線検出信号は回路２４の論理３２に適用されない。宇宙線検出信号が受信されない場合、検出された宇宙線ゆえに信号ＩＳ３２が出力導体２８まで移動することを、論理３２がサブ回路ＳＣ３に阻止させることはない（論理３２が出力信号を阻止するのは別の理由もあるのだが）。他方、宇宙線検出信号が受信された場合、論理３２は、出力制御信号によって、一時的にサブ回路ＳＣ３に内部信号ＩＳ２を移動させないようにする。いくつかの実施例において、サブ回路ＳＣ３は、ＩＳ２が出力されるのに適切になるまで再び有効にされることはない。
図２において、サブ回路ＳＣ１の内部信号およびＳＣ２の内部信号は、新しい入力が適用されてそれらが変化するだけで破棄される。または、図３に示されるように、論理３２がＳＣ１およびＳＣ２に破棄信号を与えることによって内部信号が破棄される。
いくつかの実施例において、論理３２はまた、入力信号の少なくともいくつかが、回路２４にまたはサブ回路のいくつかに再適用されるようにする。これによって、回路２４は、以前の信号の状態に基づいて動作する。
いくつかの実施例において、入力信号は一時記憶装置に格納されて、一時記憶装置から回路２４に再適用されるが、かかる一時記憶装置が全ての実施例に含まれるわけではない。いくつかの実施例において、いくつかの内部信号もまた、再使用のために一時記憶装置に格納される。これらの実施例において、所定の入力信号と内部信号との組み合わせは当初の状態を構成する。例えば、論理３２は、回路２４に一時記憶装置からの読み取りを行わせることができる。
図４は、回路２４の一部として一時記憶装置４８を備えるチップ４０を示す。一時記憶装置４８は、レジスタ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュまたはその他の種類のメモリを含む。図５は、一時記憶装置４８が回路２４からさらに分離されてはいるがなおも回路２４と同じチップ内にある、チップ５０を示す。一時記憶装置が回路２４から分離されている利点は、宇宙線が回路２４に当たっても一時記憶装置４８が回路２４から空間的に離れていれば、一時記憶装置４８も影響を受ける可能性はより低いという点である。図６は、回路２４と、一時記憶装置４８を保持する別のチップ６６とを含むチップ６０を示す。図６には示されない付加的な回路が一時記憶装置４８と回路２４との間に存在してもよい。
例えば、図７は、キャッシュ８２からデータおよび命令を受信する回路２４を含むチップ８０を示す。キャッシュ８２は多重キャッシュを表す。図７に示されるように、回路２４は、フェッチ回路８６、パイプライン８８および論理９２を含むが、これらの要素が全ての実施例に必須というわけではない。通常の動作において、フェッチ回路８６はキャッシュ８２から命令をフェッチする。パイプライン８８は、フェッチされた命令の少なくともいくつかを実行する。キャッシュ８２からのデータは、直接的にまたはフェッチ回路８６を介してパイプライン８８に与えることができる。宇宙線が検出されると、宇宙線検出信号は、図２の論理３２と同一のまたは類似する論理９２によって受信される。図７の例において、論理９２は、パイプライン８８の全てまたは一部をフラッシュしてデータが導体２８に出力されるのを阻止する。論理９２は、フェッチ回路８６にパイプライン８８のための命令を再フェッチさせる。パイプライン８８もまた、必要に応じて、キャッシュ８２からデータを取り出すことができる。宇宙線に起因してパイプライン８８のデータまたは命令のいくつかにエラーが導入されても、こうして、データとともに命令を再実行することができる。
図８は図７に類似するが、異なるのは、図８のチップ９６が、宇宙線検出事象においてパイプライン８８によって使用されるべきデータを保持する一時記憶装置４８を含む点である。パイプライン８８は、命令およびデータを処理している際に、一時記憶装置４８に格納することができる、およびいくつかの実施例においてはキャッシュ８２にも格納することができる内部データを生成する。宇宙線検出信号が論理９２によって検出されると、論理９２によって、パイプライン８８は、データの少なくともいくつかを一時記憶装置４８から必要に応じて取り出すことができる。いくつかの実施例において、キャッシュ８２からのいくつかのデータもまた、一時記憶装置４８に格納することができる。いくつかの実施例において、一時記憶装置４８はまた、キャッシュ８２からの少なくともいくつかの命令およびデータを保持することができる。データがエラーを有するかどうかを知るために使用されるエラー検出技術があってもよいが、これが必須というわけではない。
当然のことであるが、図示のまたは記載の各チップは、宇宙線検出に応答した再実行の際に使用されることがない様々なデータを一時的に格納する、図示されない様々なメモリを有してもよい。いくつかのメモリは、再実行の際に使用される信号も、再実行の際に使用されない信号も保持してよい。
図９は、対応する一時記憶装置ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＳ３を備えた回路Ｃ１、回路Ｃ２および回路Ｃ３を含むチップ１００を示す。回路Ｃ１は、出力信号Ｏｕｔ１を与える。回路Ｃ２およびＣ３は、Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２の各々の入力信号と、出力信号Ｏｕｔ２およびＯｕｔ３の各々とを有する。回路はまた、その他の入力信号（例えば、回路Ｃ２に入力として示されるものを参照）、およびその他の出力信号（図示せず）を有してもよい。論理３２または８２に類似する論理が含まれる。３つの宇宙線検出器ＣＲＤ１、ＣＲＤ２およびＣＲＤ３は異なる位置に存在する。いくつかの実施例において、ＣＲＤ１は回路Ｃ１に最も近く、ＣＲＤ２は回路Ｃ２に最も近く、およびＣＲＤ３は回路Ｃ３に最も近い。
図１０において、チップ１１０は図９のチップ１００に類似する。チップ１００とチップ１１０との違いの一つは、チップ１１０の一時記憶装置ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＳ３がメモリ構造１１６に組み合わされている点である。対照的に、図９においては、ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＳ３は空間的に分離されている。もう一つの違いは、チップ１１０においては、ＣＲＤ１、ＣＲＤ２およびＣＲＤ３の各々が回路Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の各々に宇宙線検出信号を与える点である。こうする理由は、いくつかの宇宙線検出器が、チップ内の任意の場所から、または、チップのかなり大きな容積から、宇宙線を検出するからである。よって、一つ以上の検出器が所定の宇宙線を検出する。どの宇宙線検出器が宇宙線相互作用に最も近いのかは明確ではない。この場合、全ての回路に事象を知らせることが最も安全である。宇宙線検出器が、検出器においてのみの、または検出器のすぐ近くにおいてのみの相互作用を検出するのであれば、ＣＲＤ１、ＣＲＤ２およびＣＲＤ３の各々が回路の一つのみに宇宙線検出信号を与えることが好ましい。宇宙線相互作用が発生する場所をさらに正確に決定するために、さらに複雑な回路が使用されてもよい。例えば、所定の三角測量またはタイミング回路を使用してもよいが、これが必須というわけではない。図９においては、宇宙線検出信号は、全ての上流側回路に与えられる。図１２においては、宇宙線検出信号は、各回路の一つにのみ適用される。
単なる例であるが、図８のキャッシュ８２は、メモリ１１６に含まれる一時記憶装置４８を備える図１０のＣ１であってもよい。図８は、図９に示されるように、キャッシュ８２およびパイプライン８８に対して異なる一時記憶装置を有してもよい。
図１１はチップ１２０および１２８を示す。回路２４は、チップ１２８の回路１３４に出力信号を与える。さらに、回路２４は、チップ１２８の宇宙線応答回路１３０に宇宙線事象信号を選択的に与える。宇宙線事象信号は、宇宙線が検出されて回路２４からの出力信号に潜在的なエラーがもたらされたかもしれないことを示す。宇宙線応答回路１３０は、チップ１２０からの出力信号の潜在的なエラーをどうするべきかを決定する。例えば、いくつかの実施例において、宇宙線応答回路１３０によって、回路１３４は、入力信号を無視してチップ１２０からの新たな（再処理された）出力信号を待つ。回路１３０は、別の出力信号を再処理して送信するようにチップ１２０に要求してもよい。その他の実施例では、宇宙線応答回路１３０によって、回路１３４は、入力信号に関する様々なテストが成功した場合は入力信号を受け入れ、そうでない場合は入力信号を無視して新たな入力信号を待つことができる。
図２４を参照すると、図１１の宇宙線応答回路１３０は、出力信号のエラーを検出して訂正するためのエラー検出訂正回路３０２を含む。エラーは、ソフトエラー、またはソフトエラーによって引き起こされたその他のエラーである。宇宙線事象信号がない場合（またはそれが断定できない場合）、（チップ１２０からの出力である）入力信号は、回路１３４を通過する。宇宙線事象信号がある場合、できればエラーが検出され、かつ、できれば訂正される。図２５を参照すると、回路２４および（その回路）は、エラー検出訂正回路３０６を含む。この点において、応答は、信号を再処理すべきものではなく、エラーを検出訂正すべきものである。当然のことであるが、多くの場合は、エラーを検出および／または訂正することができないかもしれないので、再処理することが宇宙線検出に対する所定の応答となる。よって、いくつかの実施例において、回路２４および１３０は、エラー検出またはエラー訂正の回路を有していない。
回路２４と回路１３４との間に付加的な回路（図示せず）があってもよく、回路２４と宇宙線応答回路１３０との間に付加的な回路（図示せず）があってもよい。よって、出力信号および宇宙線事象信号は、形態、状態またはその他の特性が変化してよい。さらに、出力信号および宇宙線事象信号は、並列または直列の形態で同じ導体上で時間多重化またはパケット化されてよい。
図１２は、本発明のいくつかの実施例に係るチップ１４０の詳細を示すが、その他の実施例がこの詳細を含むというわけではない。図１２を参照すると、チップ１４０は、図９のチップ１００に類似する。しかし、回路Ｃ３は、単数または複数の導体１４８上に宇宙線事象信号を選択的に与える。宇宙線事象信号は、チップ１４０に関連する宇宙線が検出されたことを示す。チップ１４０はまた、回路Ｃ１からＣ２へ宇宙線事象信号を与える単数または複数の導体１４４と、回路Ｃ２からＣ３へ宇宙線事象信号を与える単数または複数の導体１４６とを含む。いくつかの実施例において、単数または複数の導体１４４上の宇宙線事象信号は、単数または複数の導体１５０から直接的にもたらされるが、その他の実施例においては間接的である。いくつかの実施例において、単数または複数の導体１４６上の宇宙線事象信号は、単数または複数の導体１４４または１５２から直接的にもたらされるが、その他の実施例においては間接的である。いくつかの実施例において、単数または複数の導体１４８上の宇宙線事象信号は、単数または複数の導体１４６または１５４から直接的にもたらされるが、その他の実施例においては間接的である。
異なる実施例においては、宇宙線検出器は異なる位置に配置される。例えば、図１３は、活性シリコン領域１７０を基板１７２（これもまたシリコンでよい）上に備えるチップを示す。宇宙線検出器ＣＲＤ１およびＣＲＤ２は、シリコンの活性領域内に形成される。図１４においては、宇宙線検出器ＣＲＤ１およびＣＲＤ２は、活性シリコン領域１８０を支持する基板１８２内に形成される。図１５においては、宇宙線検出器ＣＲＤ１およびＣＲＤ２は、活性シリコン領域１８０が形成された基板１９２を支持するパッケージ１９６内に形成される。発明は、これらの詳細に制限されるわけではない。図１３から１９および２１のチップは、（例えばフリップチップ配置で）反転されてよい。図１５においては、ＣＲＤ１およびＣＲＤ２は、活性シリコン１８０の反対側に置かれる。すなわち、図１５は、ＣＲＤ１およびＣＲＤ２を、図１５に示されるような活性シリコン２０４の下方ではなく上方になるように変更してもよい（ここで「上方」および「下方」は必ずしも重力の方向とは限らない）。
チップに対して唯一の宇宙線検出器がある実施例もあれば、多数の検出器を含む一つ以上の検出器がある実施例もある。
宇宙線検出器は、チップの相対的サイズに対して図示のものよりも大きくても小さくてもよい。実際、図面は全て本質的に模式的であり、図面内の要素の実際のまたは相対的なサイズを示すことを意図するものではない。
異なる実施例においては、宇宙線検出器は、チップの頂面または底面に対して異なる配向となる。宇宙線検出器は、頂面および底面に対して平行または垂直であってよく、またはそれらに対してその他の角度であってもよい。
本明細書に記載されるチップは、シリコン基板上に製造されてもよく、または、ガリウムひ素チップのようなその他のタイプのチップであってもよい。様々なタイプの製造加工機が使用されてよい。チップは、製造技術の発展に伴い図示のものとは異なる特性を有するかもしれないが、本発明の原理はなおも適用される。
Ｂ．宇宙線検出器
現在入手可能な、およびこれから作られる、様々なタイプの宇宙線検出器が使用される。現行の集積回路チップは、全ての活性要素を含み厚さが恐らく１ミクロンに過ぎないシリコンの上部層を有する。ナノテクノロジの進歩に伴い、作動厚さは減少すると考えられる。ソフトエラーを引き起こす宇宙線は、結果的にシリコン原子核を分裂させ、百ミクロンのオーダの長さの飛跡にわたり破片を電離しようとする。次に放出されるエネルギーは、数百万電子ボルトとなり、最終的な生成物は、各粒子に対して数電子ボルトのエネルギーを典型的に備える数百万の電子正孔対となる。様々なタイプの宇宙線検出器が、これらの電子正孔対を検出する。
異なる実施例において、宇宙線検出器は、電気的、光学的、機械的もしくは音響的な要素、または、電気的、光学的、機械的もしくは音響的な要素の一つ以上の組み合わせを含む。いくつかの実施例において、宇宙線検出器は、電気的、光学的、機械的または音響的ではない要素を含んでよい。
いくつかの実施例において、宇宙線検出器は宇宙線の破片の経路を検出する。いくつかの実施例において、宇宙線検出器は、電荷を集めるための大きな分散したｐｎ接合部を含む。いくつかの実施例において、宇宙線検出器は、ダイヤモンド熱拡散材のような、いくつかの光学的に透明な支持絶縁体内に埋め込まれた光学的な宇宙線検出器を含む。例えば、百万の電子正孔対は、多数の再結合光子を生成する。いくつかの実施例において、シンチレータパネル（荷電粒子がこれを透過すると微小な閃光（光子）を発する）、シンチレータからの光を方向付けるための光導波路、および光子検出器が使用される。
いくつかの実施例において、宇宙線検出器は、一連のマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）を含む。ＭＥＭＳ宇宙線検出器は、非常に微小な大きさの機械的要素、センサ、アクチュエータおよび電子部品の集合体である。宇宙線検出器は先端部またはその他のひずみ検出器を含み、基板を通じて伝播する音波によって原子核衝突からの衝撃波を検出する。
なお、宇宙線がシリコン原子核を破砕すると、約１０ＭｅＶ（メガ電子ボルト）すなわち１ｐＪ（ピコジュール）のエネルギーが１ナノ秒よりも短い時間に放出される。電子と正孔とが再結合した後、正味の宇宙線エネルギーが、衝撃領域から広がる局所的加熱または一群のフォノンの形態で現れる。再結合がナノ秒程度のうちに発生することを仮定し、約１０Ｋｍ／ｓｅｃ（キロメートル／秒）という格子内のフォノンの速度を考慮すると、宇宙線が、０．０１ｍｍ（ミリメートル）の厚さのオーダの波面を備えた激しい音波に変換されたことがわかる。音源から５ｍｍの距離においては、この波形は、０．３ｍＷ／ｃｍ２（ミリワット／平方センチメートル）のピーク音響出力密度を生成する。波長の２乗のアパチャにわたり、０．３ｎＷ（ナノワット）のピーク出力が受信される。この信号（１／ｎｓ）（ナノ秒）のギガヘルツ帯域幅に対しては、熱雑音は約１０−１１ワットになる。したがって、この波形に対しては、非常に大きな信号対雑音となる。回路のスイッチングに起因するその他の雑音源が存在するかもしれないが、この形態の加熱の形跡は大きく異なる。なお、具体的な例においては、実際の数字が変化することがある。
非常に敏感なひずみ宇宙線検出器をカンチレバーに組み込むことによって、高速な音響宇宙線検出器を作ることができる。一つの可能性は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）構造をカンチレバーに組み込むことである。ＳＴＭ構造は、原子直径の１万分の１もの微小な変位を検出することができる。いくつかの実施例において、宇宙線検出器は、遅い音波には応答しない非常に微小なカンチレバーを含む。カンチレバーは、０．０１ｍｍのオーダの長さであれば、宇宙線事象の急峻な波形に最適に応答する。さらに大きなまたは小さなカンチレバーは、このサイズの外乱を無視する。しかし、カンチレバーの所望の長さは様々な要因に応じて変化する。カンチレバーの剛性またはその他の特性が所望の長さに影響し、所望の動きを達成するべく選択される。カンチレバーの第１の共振または応答周波数は、宇宙線から予測される優位周波数に整合される。（当然ながら、いくつかの実施例においては、宇宙線検出器はカンチレバーを含まない。）
いくつかの実施例において、単数または複数の宇宙線検出器は、宇宙線事象から予測される音響波形にチューニングされた一つ以上のＭＥＭＳ構造を含む。ＳＴＭ構造先端部は、極めて敏感な音波のひずみ検出を与えることができる。
事象全体が、１ナノ秒よりも短い時間でそのエネルギーを放出する。したがって、ソフトエラーの単数または複数のビットは、計算がはるかに進行してしまう前に設定することができる。ソフトエラーの単数または複数のビットは、使用される場合、論理３２および論理８２に存在する。
図１６は、カンチレバー２１２、ＳＴＭ構造先端部２０４およびエッチングされたシリコン先端部２１８を含む宇宙線検出器２０６を備えるチップ２０２を示す。宇宙線火球２２０は、活性シリコン２０４付近の基板２０８における宇宙線とシリコンとの相互作用を表す。相互作用に応答して、波がＳＴＭ構造先端部２１４と先端部２１８との間の距離に変化を及ぼす。この変化が検出されて、宇宙線によって引き起こされたものとして解釈される。オプションとしての増幅器２１６が、宇宙線検出器２０６と活性シリコン２０４との間に示される。実際には、増幅器２１６は、宇宙線検出器２０６の一部、活性シリコン２０４の一部、またはそれらの間に存在する。簡便のため、増幅器２１６および宇宙線火球２２０はその他の図面には示されない。
図１７はチップ２２２を示す。これは、図１６のチップ２０２に類似するが、宇宙線検出器２０６がサポート２３２によって支持されたチャンバ２３４内に存在するようにチップの方向が反転された点が異なる。
図１８はチップ２３２を示す。これは、図１７のチップ２２２に類似するが、図１７に示されるよりもチャンバ２３４が活性シリコン２０４に近づいている点が異なる。
図１９は、パッケージ２４６内にあるチップ２４２およびチャンバ２３４を示す。宇宙線検出器２０６は、活性シリコン２０４の反対側に置かれる。すなわち、図１９は、宇宙線検出器２０６を、図１９に示されるような活性シリコン２０４の上方ではなく下方になるように変更してもよい（ここで「上方」および「下方」は必ずしも重力の方向とは限らない）。
図２０は、宇宙線検出器２０６のいくつかの実施例に含まれるが全ての実施例に必須というわけではない、電流測定回路２５０を示す。電流測定回路２５０は、先端部２１４および２１８間の電流の変化を検出する。この電流は、先端部間の距離が変化するにつれて変化し得る。いくつかの実施例において、電流測定回路２５０は、電流の突然の変化を検出して、それに応答して増幅器２１６に信号を与える。別の実施例において、電流測定回路２５０は、電流が所定のしきい量よりも上がるまたは下がるときを検出する。その他の可能性も存在する。
図２１は、カンチレバー２７４およびひずみゲージ２７２を備える宇宙線検出器２７０を有するチップ２６２を示す。宇宙線相互作用事象に応答して、ひずみゲージ２７２が曲がる。曲がり検出回路２７８が、ひずみゲージ２７２の曲がりが宇宙線相互作用事象によって引き起こされたタイプのものかどうかを決定する。増幅器もまた存在する。曲がり検出回路２７８は、基板２６６内に示されているが、カンチレバーに隣接しても、活性シリコン２０４内でも、または基板２６６内でもよい。宇宙線検出器２７０は、例えば図１７−１９に示されるようなその他の場所に存在してもよい。
図２２および２３は、宇宙線検出器ＣＲＤ１、ＣＲＤ２およびＣＲＤ３に関するチップ２８２および２８６を示す。図２３における宇宙線検出器は、図２２におけるよりも小さい。宇宙線検出器は、チップのサイズに対して示されるよりも、実際には大きいかまたは小さい。検出器は、十分に小さければ、活性シリコン内に経済的に配置される。宇宙線検出器は、活性シリコンの中、上もしくは下、またはパッケージの中に存在してよい。なお、いくつかの宇宙線検出器は、宇宙線検出器から著しく離れた宇宙線相互作用事象を検出することができる。４つよりも多いかまたは少ない検出器が使用されてよい。図２２および２３の宇宙線検出器は、カンチレバーを有する検出器、電荷を集めるべく分散されたｐｎ接合部を有する検出器、および光センサを有する検出器を含む記載のまたは図示の宇宙線検出器のいずれかを表す。
異なる実施例において、宇宙線検出器は、チップの頂面および底面に対して異なる向きで存在する。宇宙線検出器は、頂面および底面に対して平行または垂直であってよく、またはそれらに対してその他の角度であってもよい。
Ｃ．付加的情報
宇宙線相互作用および検出に関して上述した様々な数字および詳細は正しいものと考えられるが、様々な理由に起因する近似または誤りに過ぎないかもしれない。しかし、本発明の原理はなおも適用される。
図１３−１９および２２において、活性シリコン領域は、基板全体にわたっているようには示されていない。しかし、活性シリコン領域は、基板全体にわたって、または、図示よりも大きいかもしくは小さく広がっていてもよい。
宇宙線検出器は、チップに無線を使って結合されてもよい。
用語「第１回路」が請求項で使用されている場合、必ずしも第２回路が存在することが当てはまるとは限らないが、そうであってもよい。
実施例は、本発明の実施または例示である。本明細書における「実施例」、「一つの実施例」、「いくつかの実施例」または「その他の実施例」への参照は、実施例に関連して記載される具体的な特徴、構造または特性が、本発明の少なくともいくつかの実施例に含まれるが必ずしも全ての実施例に含まれるわけではないことを意図している。「実施例」、「一つの実施例」または「いくつかの実施例」が様々に現れているが、これは必ずしも全てが同じ実施例を参照しているわけではない。
本明細書が、要素、特徴、構造または特性が含まれ「てもよい」、「ることができる」または「るかもしれない」と述べていても、その具体的な要素、特徴、構造または特性が含まれることが必須なわけではない。本明細書または請求項が「一つの」または「単数の」要素を言及していても、それは、要素が一つしか存在しないことを意図するわけではない。本明細書または請求項が「付加的な」要素を言及していても、それは、付加的な要素が一つ以上存在することを排除するものではない。
本発明は、本明細書に記載の具体的な詳細に制限されるものではない。実際、上述の記載および図面のその他の多くの変形例を、本発明の範囲内でなすことが可能である。このため、なんらかの補正を含む以下の請求項が、本発明の範囲を画定する。
本発明のいくつかの実施例に係る回路および宇宙線検出器を有するチップを含む装置を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る図１のチップの回路を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る図１のチップの回路を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップの模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップの模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る２つのチップを備える装置である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップを示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップを示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップおよび３つの宇宙線検出器を含む装置を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップおよび３つの宇宙線検出器を含む装置を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る複数のチップおよび単数の宇宙線検出器を含む装置を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係るチップおよび３つの宇宙線検出器を含む装置を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る２つの宇宙線検出器を含むチップの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る２つの宇宙線検出器を含むチップの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る２つの宇宙線検出器を含むチップとパッケージの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る宇宙線検出器を含むチップの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る宇宙線検出器を含むチップの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る宇宙線検出器を含むチップの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る宇宙線検出器を含むチップおよびパッケージの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る宇宙線検出器、電流測定回路および増幅器を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る宇宙線検出器を含むチップの側断面図を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る複数の宇宙線検出器に関するチップを示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に係る複数の宇宙線検出器に関するチップを示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に従って使用される複数の回路を示す模式的なブロック図である。 本発明のいくつかの実施例に従って使用される複数の回路を示す模式的なブロック図である。

Claims (30)

  1. 第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記第１回路に接続されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）宇宙線検出器である第１宇宙線検出器と、
    前記第１回路に入力信号を与える導体と、
    前記第１回路が出力信号を与える出力導体と、
    を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記入力信号を再処理して得られる前記出力信号を与えるチップ。
  2. 前記第１宇宙線検出器は前記活性領域内に存在する、請求項１に記載のチップ。
  3. 前記第１宇宙線検出器は前記基板内に存在する、請求項１または２に記載のチップ。
  4. 第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器と、
    前記第１回路に入力信号を与える導体と、
    前記第１回路が出力信号を与える出力導体と、
    を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記入力信号を再処理して得られる前記出力信号を与え、
    前記第１宇宙線検出器は、
    第１先端部を備えるカンチレバーと、
    第２先端部と、
    前記第１先端部と第２先端部との間の距離を示す信号を、宇宙線相互作用事象によって引き起こされた場合に与えるための回路と、
    を含むチップ。
  5. 前記第１先端部は走査型トンネル顕微鏡構造の先端部である、請求項４に記載のチップ。
  6. 信号を与えるための前記回路は、前記第１先端部と第２先端部との間の電流を測定するための電流測定回路である、請求項４または５に記載のチップ。
  7. 前記第１宇宙線検出器はひずみゲージを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のチップ。
  8. 前記第１宇宙線検出器は、電荷を集めるための分散したｐｎ接合部を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のチップ。
  9. 前記第１宇宙線検出器は光子検出器を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のチップ。
  10. 前記第１宇宙線検出器は音波検出器である、請求項１から９のいずれか１項に記載のチップ。
  11. 前記チップは、
    第２回路と、
    前記第２回路に宇宙線検出信号を与えるための第２宇宙線検出器と、
    をさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載のチップ。
  12. 前記第１回路および第２回路は各々、第１宇宙線検出信号および第２宇宙線検出信号を受信する、請求項１１に記載のチップ。
  13. 第１チップを含み、
    前記第１チップは、
    第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記チップをパッケージ化するパッケージと、
    を含み、
    前記パッケージは前記第１回路に接続されたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）宇宙線検出器である第１宇宙線検出器を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与える装置。
  14. 前記第１宇宙線検出器は、前記第１回路によって受信されるべき宇宙線検出信号を与える、請求項１３に記載の装置。
  15. 第１チップを含み、
    前記第１チップは、
    第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記チップをパッケージ化するパッケージと、
    を含み、
    前記パッケージは前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    前記第１宇宙線検出器は、
    第１先端部を備えるカンチレバーと、
    第２先端部と、
    前記第１先端部と第２先端部との間の距離を示す信号を、宇宙線相互作用事象によって引き起こされた場合に与えるための回路と、
    を含む装置。
  16. 前記第１先端部は走査型トンネル顕微鏡構造の先端部である、請求項１５に記載の装置。
  17. 信号を与えるための前記回路は、前記第１先端部と第２先端部との間の電流を測定するための電流測定回路である、請求項１５または１６に記載の装置。
  18. 前記第１宇宙線検出器はひずみゲージを含む、請求項１３から１７のいずれか１項に記載の装置。
  19. 前記第１宇宙線検出器は、電荷を集めるための分散したｐｎ接合部を含む、請求項１３から１８のいずれか１項に記載の装置。
  20. 前記第１宇宙線検出器は光子検出器を含む、請求項１３から１９のいずれか１項に記載の装置。
  21. 前記第１宇宙線検出器は音波検出器である、請求項１３から２０のいずれか１項に記載の装置。
  22. 第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器と、
    前記第１回路に入力信号を与える導体と、
    前記第１回路が出力信号を与える出力導体と、
    を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記入力信号を再処理して得られる前記出力信号を与え、
    前記第１回路は、少なくとも１つのサブ回路を含み、
    前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の論理が、前記少なくとも１つのサブ回路の内部信号を破棄させるチップ。
  23. 第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器と、
    前記第１回路に入力信号を与える導体と、
    前記第１回路が出力信号を与える出力導体と、
    を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記入力信号を再処理して得られる前記出力信号を与え、
    前記第１回路は、フェッチ回路、パイプラインを含み、
    前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の論理が、前記パイプラインの全てまたは一部をフラッシュし、前記出力導体へのデータの出力を阻止し、前記フェッチ回路に、前記パイプラインのための命令を再フェッチさせるチップ。
  24. 前記パイプラインが使用するデータを保持する一時記憶装置をさらに含み、
    前記第１回路は内部データを生成して前記一時記憶装置に格納し、
    前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の論理が、前記パイプラインに、前記内部データの少なくとも一部を取り出させる請求項２３に記載のチップ。
  25. 第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器と、
    前記第１回路に入力信号を与える導体と、
    前記第１回路が出力信号を与える出力導体と、
    を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記入力信号を再処理して得られる前記出力信号を与え、
    前記活性領域内の第２回路と、
    第２宇宙線検出器と、
    前記第２回路に入力信号を与える導体と、
    前記第２回路が出力信号を与える出力導体と、
    をさらに含み、
    前記第１回路の前記出力導体は前記第２回路の前記導体に接続され、
    前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器または前記第２宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    前記第２回路は、前記第２宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第２回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第２回路の出力導体に与えるチップ。
  26. 第１チップを含み、
    前記第１チップは、
    第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記チップをパッケージ化するパッケージと、
    を含み、
    前記パッケージは前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    前記第１回路は、少なくとも１つのサブ回路を含み、
    前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の論理が、前記少なくとも１つのサブ回路の内部信号を破棄させる装置。
  27. 第１チップを含み、
    前記第１チップは、
    第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記チップをパッケージ化するパッケージと、
    を含み、
    前記パッケージは前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    前記第１回路は、フェッチ回路、パイプラインを含み、
    前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の論理が、前記パイプラインの全てまたは一部をフラッシュし、前記出力導体へのデータの出力を阻止し、前記フェッチ回路に、前記パイプラインのための命令を再フェッチさせる装置。
  28. 前記第１チップは、前記パイプラインが使用するデータを保持する一時記憶装置をさらに含み、
    前記第１回路は内部データを生成して前記一時記憶装置に格納し、
    前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の論理が、前記パイプラインに、前記内部データの少なくとも一部を取り出させる請求項２７に記載の装置。
  29. 第１チップを含み、
    前記第１チップは、
    第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記チップをパッケージ化するパッケージと、
    を含み、
    前記パッケージは前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    前記第１チップは、
    前記活性領域内の第２回路と、
    前記第２回路に接続される第２宇宙線検出器と、
    前記第２回路に入力信号を与える導体と、
    前記第２回路が出力信号を与える出力導体と、
    をさらに含み、
    前記第１回路の前記出力導体は前記第２回路の前記導体に接続され、
    前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器または前記第２宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    前記第２回路は、前記第２宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第２回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第２回路の出力導体に与える装置。
  30. 第１チップを含み、
    前記第１チップは、
    第１回路を含む活性領域と、
    前記活性領域を支持する基板と、
    前記チップをパッケージ化するパッケージと、
    を含み、
    前記パッケージは前記第１回路に接続される第１宇宙線検出器を含み、前記第１回路は、前記第１宇宙線検出器から宇宙線検出信号を受信し、前記宇宙線検出信号の受信に応じて、前記第１回路の導体からの入力信号を再処理して得られる出力信号を前記第１回路の出力導体に与え、
    第２チップをさらに含み、
    前記第２チップは、前記活性領域内の第２回路と、前記第１回路および前記第２回路に接続された宇宙線応答回路と、を有し、
    前記第１回路は、前記宇宙線応答回路に宇宙線事象信号を与え、
    前記宇宙線応答回路は、前記宇宙線事象信号に応じて、前記第２回路への入力信号を無視し、前記第１回路からの再処理された出力信号を待機することと、他の信号の再処理を要求することと、前記入力信号をテストし、前記テストが成功した場合に前記入力信号を受け入れ、その他の場合に前記入力信号を無視し、前記第１回路からの再処理された出力信号を待機することと、の少なくとも１つを前記第２回路に実行させる装置。
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