JPH09232614A - Radiation dose detecting semiconductor device - Google Patents

Radiation dose detecting semiconductor device

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JPH09232614A
JPH09232614A JP8038607A JP3860796A JPH09232614A JP H09232614 A JPH09232614 A JP H09232614A JP 8038607 A JP8038607 A JP 8038607A JP 3860796 A JP3860796 A JP 3860796A JP H09232614 A JPH09232614 A JP H09232614A
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JP
Japan
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semiconductor device
semiconductor element
radiation dose
oxide film
type semiconductor
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JP8038607A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Kishi
敏幸 岸
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Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To electrically remove the positive electric charge generated by the irradiation by a method wherein a non-volatile rewritable semiconductor element is provided. SOLUTION: In a MONOS type semiconductor element, the threshold voltage changed by the irradiation can be electrically changed. A characteristic curve 41 is the initial characteristics of the MONOS type semiconductor element, and a characteristic curve 42 is the specific character when the radiation exposure of 1×107 RAD are effected. When plus voltage of 9V of pulse width 20m/sec is applied to the gate electrode of the MONOS type semiconductor element showing the specific character of the characteristic curve 42, the specific character of characteristic curve 44 is formed. The characteristic curve 44 is same as the write-in state characteristics which are the initial characteristics of the MONOS type semiconductor element shown by the characteristic curve 43, and the positive electric charge caught in a gate insulating film by the irradiation of radiation can be electrically removed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は宇宙空間や原子炉な
どの放射線が照射される場所での放射線照射量を検出す
る半導体装置に関し、とくに放射線照射により発生した
電荷を電気的に取り除き再生が可能である放射線照射量
検出用半導体装置の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device for detecting a radiation dose in a place where radiation is applied, such as outer space or a nuclear reactor, and in particular, electric charge generated by the irradiation can be electrically removed for regeneration. The present invention relates to the structure of a semiconductor device for detecting radiation dose.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS半導体素子を宇宙空間や原子炉な
どの放射線が照射される環境下で使用すると、放射線の
総照射量(トータルドーズ量)が1×106 RAD程度
になると動作不良となる。
2. Description of the Related Art When a MOS semiconductor device is used in an environment such as outer space or a nuclear reactor where radiation is emitted, malfunction occurs when the total radiation dose (total dose amount) reaches about 1 × 10 6 RAD. .

【0003】このMOS半導体素子が放射線照射下で動
作不良となる原因を図12と図13を用いて説明する。
The cause of the malfunction of this MOS semiconductor device under irradiation of radiation will be described with reference to FIGS. 12 and 13.

【0004】図12はNチャネル型MOS半導体素子の
放射線照射によるしきい値電圧の変化特性を示すグラフ
である。横軸にはガンマ線照射量を示し、縦軸には放射
線照射によるしきい値電圧の変化量(△Vth)を示し
ている。
FIG. 12 is a graph showing a change characteristic of a threshold voltage of an N-channel type MOS semiconductor device due to radiation irradiation. The horizontal axis shows the gamma ray irradiation amount, and the vertical axis shows the change amount (ΔVth) of the threshold voltage due to the radiation irradiation.

【0005】この図12に示すように放射線照射量が増
加するに従い、Nチャネル型MOS半導体素子のしきい
値電圧は低くなる。このためNチャネル型MOS半導体
素子のリーク電流は増加する。
As shown in FIG. 12, as the radiation dose increases, the threshold voltage of the N-channel MOS semiconductor device decreases. Therefore, the leak current of the N-channel MOS semiconductor device increases.

【0006】図13はPチャネル型MOS半導体素子の
放射線照射によるしきい値電圧の変化特性を示すグラフ
である。横軸にはガンマ線照射量を示し、縦軸には放射
線照射によるしきい値電圧の変化量(△Vth)を示し
ている。
FIG. 13 is a graph showing the change characteristics of the threshold voltage of a P-channel MOS semiconductor device due to radiation irradiation. The horizontal axis shows the gamma ray irradiation amount, and the vertical axis shows the change amount (ΔVth) of the threshold voltage due to the radiation irradiation.

【0007】この図13に示すように放射線照射量が増
加するに従い、Pチャネル型MOS半導体素子のしきい
値電圧は高くなる。このためPチャネル型MOS半導体
素子はオフ状態となり動作不能となる。
As shown in FIG. 13, as the radiation dose increases, the threshold voltage of the P-channel MOS semiconductor device increases. For this reason, the P-channel type MOS semiconductor element is turned off and becomes inoperable.

【0008】このように、放射線が照射される環境下で
MOS半導体素子を使用すると、放射線照射量の増加に
ともない、Nチャネル型MOS半導体素子と、Pチャネ
ル型MOS半導体素子とのいずれのMOS半導体素子
も、そのしきい値電圧の変化量は大きくなる。
As described above, when the MOS semiconductor element is used under the environment where the radiation is applied, the MOS semiconductor of the N-channel type MOS semiconductor element and the P-channel type MOS semiconductor element is increased with the increase of the radiation dose. The amount of change in the threshold voltage of the device also becomes large.

【0009】また、しきい値電圧シフト方向がマイナス
であることから、放射線照射により発生した電荷は正電
荷であることがわかり、この正電荷はゲート酸化膜中に
発生することが確認されている。
Further, since the threshold voltage shift direction is negative, it is known that the charges generated by the radiation irradiation are positive charges, and it has been confirmed that the positive charges are generated in the gate oxide film. .

【0010】このため、MOS半導体素子により構成す
るシステムは、放射線照射環境下で使用すると、放射線
照射量が増加すると動作不能となり問題である。
For this reason, the system constituted by the MOS semiconductor device becomes inoperable when used in a radiation irradiation environment and becomes inoperable when the radiation irradiation amount increases.

【0011】このMOS半導体素子の動作不能対策とし
て、従来技術では、ゲート酸化膜中に発生した正電荷
を、300℃から400℃程度の温度の熱処理を加える
ことによって除去する方法が考えられている。
As a measure against the inoperability of this MOS semiconductor device, in the prior art, a method of removing the positive charges generated in the gate oxide film by applying a heat treatment at a temperature of about 300 ° C. to 400 ° C. is considered. .

【0012】しかしながら、この熱処理による方法でも
完全な正電荷除去は難しく、総照射量に限界があるため
システムを交換する必要がある。
However, it is difficult to completely remove the positive charges even by this heat treatment method, and the total irradiation amount is limited, so that the system needs to be replaced.

【0013】さらに、熱処理を行うための装置も必要と
なって、システムが大きくなるという問題がある。さら
にまた、従来の装置では放射線照射量を知ることができ
ないため、動作不能となる時期がわからない。このため
熱処理を行うにも、一定時間間隔で行う必要があり、た
ええず放射線量が変化する環境下では効果が不充分であ
り問題である。
Further, there is a problem that the system becomes large because an apparatus for performing the heat treatment is required. Furthermore, since the conventional apparatus cannot know the radiation dose, it is impossible to know the time when the apparatus cannot be operated. For this reason, it is necessary to perform the heat treatment at regular intervals, which is a problem because the effect is insufficient under the environment where the radiation dose is constantly changed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】MOS半導体素子を用
いたシステムでは、図12と図13とのグラフに示した
ように、放射線照射によりMOS半導体素子のゲート酸
化膜中に正電荷が発生し動作不良を起こす。
In a system using a MOS semiconductor element, as shown in the graphs of FIG. 12 and FIG. 13, a positive charge is generated in the gate oxide film of the MOS semiconductor element due to the irradiation of radiation, and the system operates. Cause a defect.

【0015】本発明の目的は、上記問題点を解決して、
MOS半導体素子で構成したシステムが動作不良を起こ
す前に放射線照射量を把握するための放射線照射量を検
出する半導体装置を提供し、システムの誤動作を未然に
防ぐことである。
An object of the present invention is to solve the above problems and
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that detects a radiation dose for grasping a radiation dose before a system including a MOS semiconductor element causes a malfunction, thereby preventing a malfunction of the system.

【0016】さらに、本発明の目的は上記課題を解決し
て、宇宙空間や原子炉などの放射線が照射される場所で
の放射線照射量を検出する半導体装置を提供し、とくに
放射線照射により発生した正電荷を電気的に取り除き再
生が可能である放射線照射量検出用半導体装置を提供す
ることである。
Further, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a semiconductor device for detecting a radiation dose in a place where radiation is irradiated, such as outer space or a nuclear reactor, and in particular, it is generated by radiation irradiation. It is an object of the present invention to provide a radiation dose detecting semiconductor device capable of electrically removing positive charges and reproducing.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放射線照射量検出用半導体装置は、下記記
載の手段を採用する。
In order to achieve the above object, the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention employs the following means.

【0018】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、電気的に書換えが可能な不揮発性半導体素子を
備えることを特徴とする。
The semiconductor device for detecting radiation dose according to the present invention is characterized by including an electrically rewritable nonvolatile semiconductor element.

【0019】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子を備
えることを特徴とする。
The radiation dose detecting semiconductor device according to the present invention is a non-volatile semiconductor element in which the gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film and is electrically rewritable. It is characterized by being provided.

【0020】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子と、
抵抗体とを備えることを特徴とする。
The semiconductor device for detecting radiation dose according to the present invention is a non-volatile semiconductor element in which the gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film and is electrically rewritable. ,
And a resistor.

【0021】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子と、
抵抗体と、NAND回路とを備えることを特徴とする。
The radiation dose detecting semiconductor device according to the present invention is a non-volatile semiconductor element in which a gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film and is electrically rewritable. ,
It is characterized by including a resistor and a NAND circuit.

【0022】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子と、
抵抗体と、インバータ回路とを備えることを特徴とす
る。
The radiation dose detecting semiconductor device according to the present invention is an electrically rewritable MONOS type semiconductor device in which the gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film as a nonvolatile semiconductor device. ,
It is characterized by including a resistor and an inverter circuit.

【0023】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子と、
MOS半導体素子とを備えることを特徴とする。
The semiconductor device for radiation dose detection according to the present invention is a non-volatile semiconductor element in which a gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film and is electrically rewritable. ,
And a MOS semiconductor element.

【0024】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子と、MO
S半導体素子と、NAND回路とを備えることを特徴と
する。
The semiconductor device for detecting radiation dose according to the present invention is an electrically rewritable MONOS type semiconductor element having a gate insulating film composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film as a nonvolatile semiconductor element, MO
It is characterized by including an S semiconductor element and a NAND circuit.

【0025】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子と、MO
S半導体素子と、インバータ回路とを備えることを特徴
とする。
The radiation dose detecting semiconductor device according to the present invention is an electrically rewritable MONOS type semiconductor element having a gate insulating film composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film as a nonvolatile semiconductor element. MO
It is characterized by including an S semiconductor element and an inverter circuit.

【0026】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子と、抵抗
体とを備える半導体装置と、放射線が照射されないシー
ルド壁内に設ける周辺回路とを備えることを特徴とす
る。
A radiation dose detecting semiconductor device according to the present invention is an electrically rewritable MONOS type semiconductor device having a gate insulating film made of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film as a non-volatile semiconductor device. A semiconductor device including a resistor and a peripheral circuit provided in a shield wall which is not irradiated with radiation are provided.

【0027】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子と、
MOS半導体素子とを備える半導体装置と、放射線が照
射されないシールド壁内に設ける周辺回路とを備えるこ
とを特徴とする。
The radiation dose detecting semiconductor device of the present invention is a non-volatile semiconductor element in which the gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film, and is a rewritable MONOS type semiconductor element. ,
A semiconductor device including a MOS semiconductor element and a peripheral circuit provided in a shield wall which is not irradiated with radiation are provided.

【0028】本発明における放射線照射量検出用半導体
装置は、不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜がトン
ネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜からなる電
気的に書換えが可能であるMONOS型半導体素子と、
MOS半導体素子とを備える半導体装置と、放射線が照
射されないシールド壁内に設ける電源回路と書き込み電
圧発生回路と演算回路とから構成する制御回路とを備え
ることを特徴とする。
The radiation dose detecting semiconductor device according to the present invention is a non-volatile semiconductor element in which a gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film and is electrically rewritable. ,
A semiconductor device including a MOS semiconductor element, and a control circuit including a power supply circuit, a write voltage generation circuit, and an arithmetic circuit provided in a shield wall that is not irradiated with radiation are provided.

【0029】このように本発明の放射線照射量検出用半
導体装置は、電気的に書換えが可能である不揮発性半導
体素子を使用している。このため、放射線照射により不
揮発性半導体素子のゲート絶縁膜中に発生した正電荷
は、不揮発性半導体素子のゲート電極にプラスの電圧を
印加することにより除去が可能である。
As described above, the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention uses the electrically rewritable nonvolatile semiconductor element. Therefore, the positive charges generated in the gate insulating film of the nonvolatile semiconductor element due to the irradiation of radiation can be removed by applying a positive voltage to the gate electrode of the nonvolatile semiconductor element.

【0030】この結果、本発明の放射線照射量検出用半
導体装置は、放射線照射により蓄積された正電荷を電気
的に除去することにより再利用が可能である。
As a result, the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention can be reused by electrically removing the positive charges accumulated by the radiation irradiation.

【0031】さらに、本発明の放射線照射量検出用半導
体装置においては、不揮発性半導体素子中に蓄積された
正電荷の量を、放射線の影響を受けない抵抗体や正電荷
の蓄積によりしきい値電圧の高くなるPチャネル型MO
S半導体素子の導通抵抗を利用することにより検出して
いる。このため放射線照射量検出用半導体装置として使
用可能である。
Further, in the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention, the amount of positive charges accumulated in the non-volatile semiconductor element is set to a threshold value by a resistor not affected by radiation or accumulation of positive charges. P-channel MO with high voltage
The detection is performed by utilizing the conduction resistance of the S semiconductor element. Therefore, it can be used as a semiconductor device for detecting a radiation dose.

【0032】このように、本発明の放射線照射量検出用
半導体装置は、電気的に正電荷を除去できるため再利用
が可能であるとともに、MOS半導体素子で構成したシ
ステムが動作不良を起こす前に放射線照射量を知ること
ができる。したがって、システムの誤動作を防ぐことが
できる。
As described above, the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention can be reused because it can electrically remove the positive charges, and at the same time, before the system constituted by the MOS semiconductor elements malfunctions. You can know the radiation dose. Therefore, malfunction of the system can be prevented.

【0033】さらに、本発明の放射線照射量検出用半導
体装置においては、従来必要であった熱処理が不要なた
め、特別な装置を必要とせず、そのシステムを小さくす
ることが可能となる。
Further, in the semiconductor device for detecting radiation dose of the present invention, since the heat treatment which has been conventionally required is not required, a special device is not required and the system can be downsized.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を実施す
るための最適な実施形態を説明する。まず、図1の回路
図を用いて、本発明の実施形態における放射線照射量検
出用半導体装置の構成を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0035】本発明の放射線照射量検出用半導体装置
は、図1に示すように不揮発性半導体素子であるMON
OS型半導体素子1と、放射線照射により抵抗値変化量
が少ない多結晶シリコンからなる抵抗体2とから構成し
ている。
The semiconductor device for detecting radiation dose of the present invention is a non-volatile semiconductor element MON as shown in FIG.
It is composed of an OS type semiconductor element 1 and a resistor 2 made of polycrystalline silicon whose resistance value change amount is small due to radiation irradiation.

【0036】この回路における結線状態は、MONOS
型半導体素子1のソース33は接地電位(GND)に接
続し、ドレイン32は抵抗体2の一方の端子と検出用端
子に接続し、ゲート電極37はMONOS型半導体素子
1を書き込む場合には書き込み電圧(Vpp)に接続
し、通常は接地電位(GND)に接続している。また、
抵抗体2の他方の端子はプラスの電圧(Vcc)に接続
している。
The connection state in this circuit is MONOS.
The source 33 of the type semiconductor element 1 is connected to the ground potential (GND), the drain 32 is connected to one terminal of the resistor 2 and the detection terminal, and the gate electrode 37 is a write when writing the MONOS type semiconductor element 1. It is connected to the voltage (Vpp) and is usually connected to the ground potential (GND). Also,
The other terminal of the resistor 2 is connected to a positive voltage (Vcc).

【0037】つぎに、図1に示した本発明の実施形態の
放射線照射量検出用半導体装置を構成するMONOS型
半導体素子1の構造とその特性について、図2と図3と
図4とを用いて説明する。
Next, regarding the structure and characteristics of the MONOS type semiconductor element 1 constituting the radiation dose detecting semiconductor device of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 are used. Explain.

【0038】図2は、本発明の放射線照射量検出用半導
体装置を構成するMONOS型半導体素子1の構造を表
す断面図である。MONOS型半導体素子1はP型の半
導体基板31の上に形成した2.4nmの膜厚であるト
ンネル酸化膜34と、そのトンネル酸化膜34上に形成
した4.0nmの膜厚であるシリコン窒化膜35と、さ
らにそのシリコン窒化膜35上に形成した4.0nmの
膜厚であるトップ酸化膜36とから構成するONO(Ox
ide Nitride Oxide )構造のゲート絶縁膜38を設け、
そのゲート絶縁膜38上に形成したゲート電極37を設
けている。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the MONOS type semiconductor element 1 which constitutes the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention. The MONOS type semiconductor device 1 includes a tunnel oxide film 34 having a film thickness of 2.4 nm formed on a P type semiconductor substrate 31, and a silicon nitride film having a film thickness of 4.0 nm formed on the tunnel oxide film 34. An ONO (Ox composed of a film 35 and a top oxide film 36 formed on the silicon nitride film 35 and having a film thickness of 4.0 nm).
ide Nitride Oxide) structure gate insulating film 38,
A gate electrode 37 formed on the gate insulating film 38 is provided.

【0039】さらにゲート電極37に整合したP型のシ
リコン基板31には、N型高濃度不純物層からなるドレ
イン32とソース33を設け、MONOS型半導体素子
1を形成している。
Further, a P-type silicon substrate 31 aligned with the gate electrode 37 is provided with a drain 32 and a source 33 made of an N-type high-concentration impurity layer to form the MONOS type semiconductor device 1.

【0040】このMONOS型半導体素子は、ゲート電
極37にプラスの電圧(Vppと表す)を印加すること
により、P型の半導体基板31から電子をONO膜構造
のゲート絶縁膜38に注入することにより、トランジス
タ動作をエンハンス動作とすることが可能である。
In this MONOS type semiconductor device, by applying a positive voltage (denoted as Vpp) to the gate electrode 37, electrons are injected from the P type semiconductor substrate 31 into the gate insulating film 38 having the ONO film structure. The transistor operation can be enhanced.

【0041】逆にゲート電極37にマイナスの電圧を印
加すると、P型の半導体基板31から正孔がONO膜構
造のゲート絶縁膜38に注入されトランジスタ動作はデ
ップレッション動作とすることが可能である。このた
め、電気的に書換えが可能な不揮発性半導体素子として
使用することができる。
Conversely, when a negative voltage is applied to the gate electrode 37, holes are injected from the P-type semiconductor substrate 31 into the gate insulating film 38 having the ONO film structure, and the transistor operation can be a depletion operation. . Therefore, it can be used as an electrically rewritable nonvolatile semiconductor element.

【0042】つぎに、このMONOS型半導体素子に放
射線を照射した場合のしきい値電圧(Vthと表すこと
もある)の変化を図3のグラフを用いて説明する。
Next, changes in the threshold voltage (sometimes referred to as Vth) when the MONOS type semiconductor element is irradiated with radiation will be described with reference to the graph of FIG.

【0043】図3のグラフは、横軸にはCo60を放射
線線源としたガンマ線の放射線照射量を示し、縦軸には
MONOS型半導体素子のしきい値電圧(Vth)を示
している。
In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the radiation dose of gamma rays using Co60 as the radiation source, and the vertical axis represents the threshold voltage (Vth) of the MONOS type semiconductor device.

【0044】この図3のグラフから明らかなように、M
ONOS型半導体素子のしきい値電圧は放射線照射量に
ほぼ比例して変化する。このしきい値電圧変化量を実験
式では、 Vth=−0.485・log(Tdose)+2.445 ・・・ (1) Vth:MONOS型半導体素子のしきい値電圧
(V) Tdose:放射線照射量 (RAD) と表すことができる。
As is clear from the graph of FIG. 3, M
The threshold voltage of the ONOS type semiconductor element changes substantially in proportion to the radiation dose. This threshold voltage change amount is expressed by an empirical formula as follows: Vth = −0.485 · log (Tdose) +2.445 (1) Vth: Threshold voltage of MONOS type semiconductor device
(V) Tdose: It can be expressed as a radiation dose (RAD).

【0045】上記の(1)式でのMONOS型半導体素
子のしきい値電圧をセンスレベルとして回路を構成すれ
ば、そのしきい値電圧になった場合の放射線照射量を
(1)式より求めることが可能であり、MONOS型半
導体素子が放射線照射量検出用半導体装置として使用で
きる。
If the circuit is constructed with the threshold voltage of the MONOS type semiconductor element in the above equation (1) as the sense level, the radiation dose when the threshold voltage is reached is obtained from the equation (1). Therefore, the MONOS type semiconductor element can be used as a semiconductor device for radiation dose detection.

【0046】さらに、MONOS型半導体素子では、放
射線照射によって変化したしきい値電圧を電気的に変化
させることが可能である。この特性を図4のグラフを用
いて説明する。
Further, in the MONOS type semiconductor device, it is possible to electrically change the threshold voltage changed by the irradiation of radiation. This characteristic will be described with reference to the graph of FIG.

【0047】図4は、MONOS型半導体素子のゲート
電圧とドレイン電流の相関を示すグラフである。横軸に
はゲート電極37に印加するゲート電圧を示し、縦軸に
はドレイン電流を示している。
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the gate voltage and the drain current of the MONOS type semiconductor device. The horizontal axis represents the gate voltage applied to the gate electrode 37, and the vertical axis represents the drain current.

【0048】図4に示す特性曲線41はMONOS型半
導体素子の初期特性を示し、特性曲線42は放射線量1
×107 RADの照射を行った場合の特性を示してい
る。従来の技術で説明した図12と図13のMOS半導
体素子と同様に、放射線照射により発生する電子正孔対
の正孔がゲート絶縁膜38中に捕獲され正電荷が蓄積
し、マイナス方向に特性がシフトする。
A characteristic curve 41 shown in FIG. 4 shows the initial characteristic of the MONOS type semiconductor device, and a characteristic curve 42 shows the radiation dose 1
The characteristics are shown when irradiation with × 10 7 RAD is performed. Similar to the MOS semiconductor device of FIGS. 12 and 13 described in the prior art, holes of electron-hole pairs generated by radiation irradiation are trapped in the gate insulating film 38, positive charges are accumulated, and characteristics in the negative direction are generated. Shifts.

【0049】この特性曲線42の特性を示すMONOS
型半導体素子のゲート電極にプラス電圧である9V、パ
ルス幅20m秒を印加すると、特性曲線44の特性とな
る。これはゲート電極にプラス電圧を印加したことによ
り、放射線照射によりゲート絶縁膜中に捕獲されている
正孔がP型の半導体基板へ排斥され、さらにP型の半導
体基板から電子がゲート絶縁膜中に注入されたためであ
る。
MONOS showing the characteristic of the characteristic curve 42.
When a positive voltage of 9 V and a pulse width of 20 msec is applied to the gate electrode of the semiconductor device, the characteristic curve 44 is obtained. This is because by applying a positive voltage to the gate electrode, holes trapped in the gate insulating film due to radiation irradiation are rejected to the P-type semiconductor substrate, and electrons are further emitted from the P-type semiconductor substrate into the gate insulating film. Because it was injected into.

【0050】この特性曲線44は、特性曲線43で示す
MONOS型半導体素子の初期特性である書き込み状態
の特性と同一であり、放射線照射によりゲート絶縁膜中
に捕獲された正電荷は電気的に除去可能であることを示
している。
The characteristic curve 44 is the same as the characteristic in the written state which is the initial characteristic of the MONOS type semiconductor device shown by the characteristic curve 43, and the positive charges trapped in the gate insulating film by the irradiation of radiation are electrically removed. It shows that it is possible.

【0051】すなわち、MONOS型半導体素子は放射
線が照射される環境下であっても電気的に書き換えを行
えば正常動作が可能である。このことは、MONOS型
半導体素子を本発明である放射線照射量検出用半導体装
置として使用すれば、電圧による書き換え処理により再
利用が可能である。
That is, the MONOS type semiconductor device can operate normally even if it is electrically rewritten even in an environment where it is irradiated with radiation. This means that if the MONOS type semiconductor element is used as the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention, it can be reused by a rewriting process with a voltage.

【0052】このようなMONOS型半導体素子を用い
た本発明の放射線照射量検出用半導体装置のさらに詳細
な実施の形態を、図1の回路図を用いてさらに具体的に
説明する。
A more detailed embodiment of the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention using such a MONOS type semiconductor element will be described more specifically with reference to the circuit diagram of FIG.

【0053】本発明の放射線照射量検出用半導体装置
は、チャネル幅が10μm、チャネル長が2μmのMO
NOS型半導体素子1と、抵抗値が150KΩであり放
射線照射により抵抗値変化量が少ない多結晶シリコンか
らなる抵抗体2とから構成している。
The semiconductor device for detecting radiation dose of the present invention is an MO device having a channel width of 10 μm and a channel length of 2 μm.
It is composed of a NOS type semiconductor element 1 and a resistor 2 made of polycrystalline silicon having a resistance value of 150 KΩ and having a small resistance value change amount due to radiation irradiation.

【0054】抵抗体2の抵抗値が150KΩの場合に
は、図1の回路図における検出電圧はプラスの電圧(V
cc)レベルであるが、放射線の照射量が増加してMO
NOS型半導体素子のしきい値電圧(Vth)が−0.
5V程度になると、検出電圧が接地電位(GND)レベ
ルとなる。
When the resistance value of the resistor 2 is 150 KΩ, the detection voltage in the circuit diagram of FIG. 1 is a positive voltage (V
cc) level, but the radiation dose increased and MO
The threshold voltage (Vth) of the NOS type semiconductor device is −0.
At about 5V, the detection voltage becomes the ground potential (GND) level.

【0055】このMONOS型半導体素子のしきい値電
圧が−0.5Vである場合の放射線照射量は、前記の
(1)式より1×106 RADである。
The radiation dose when the threshold voltage of this MONOS type semiconductor device is -0.5 V is 1 × 10 6 RAD according to the equation (1).

【0056】この検出電圧が接地電位(GND)になっ
た場合に、MONOS型半導体素子1のゲート電極に書
き込み電圧(Vpp)を9Vで、パルス幅1ミリ秒で印
加することによって、初期のしきい値電圧まで戻す。そ
の後、ゲート電極を接地電位(GND)にすることによ
り、再びMONOS型半導体素子のしきい値は放射線照
射量にともない(1)式にしたがって変化する。
When the detected voltage reaches the ground potential (GND), the writing voltage (Vpp) is applied to the gate electrode of the MONOS type semiconductor element 1 at 9 V with a pulse width of 1 ms, thereby initializing the voltage. Return to the threshold voltage. After that, by setting the gate electrode to the ground potential (GND), the threshold value of the MONOS type semiconductor element changes again according to the formula (1) according to the radiation dose.

【0057】この動作を繰り返すことにより、放射線照
射量は積算されるため、総放射線照射量を知ることが可
能である。
By repeating this operation, the radiation dose is integrated, so that the total radiation dose can be known.

【0058】このようにMONOS型半導体素子1と抵
抗体2とでインバータ回路を構成しているため抵抗体2
の抵抗値により、(1)式のMONOS型半導体素子1
のしきい値電圧Vthを検出することが可能である。こ
のため、抵抗体2の抵抗値を変化させることにより希望
する放射線量を知ることが可能である。
As described above, since the MONOS type semiconductor element 1 and the resistor 2 form an inverter circuit, the resistor 2
Depending on the resistance value of the MONOS type semiconductor element 1 of the formula (1)
It is possible to detect the threshold voltage Vth. Therefore, it is possible to know the desired radiation dose by changing the resistance value of the resistor 2.

【0059】つぎに以上の説明と異なる本発明の実施形
態における放射線照射量検出用半導体装置の構成を、図
5の回路図を用いて説明する。
Next, the configuration of the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is different from the above description, will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0060】図5に示すように、MONOS型半導体素
子1と抵抗体2とパルス発生回路6とNAND回路5と
から回路を構成している。MONOS型半導体素子1の
ソースは接地電位(GND)に接続し、ドレインは抵抗
体2の一方の端子とNAND回路5の入力5bに接続
し、さらにゲート電極はMONOS型半導体素子1を書
き込む場合には書き込み電圧(Vpp)に接続し、通常
は接地電位(GND)に接続している。また、抵抗体2
の他方の端子はプラスの電圧(Vcc)に接続してい
る。
As shown in FIG. 5, a circuit is composed of the MONOS type semiconductor element 1, the resistor 2, the pulse generating circuit 6 and the NAND circuit 5. The source of the MONOS type semiconductor element 1 is connected to the ground potential (GND), the drain is connected to one terminal of the resistor 2 and the input 5b of the NAND circuit 5, and the gate electrode is used for writing the MONOS type semiconductor element 1. Is connected to the write voltage (Vpp) and is usually connected to the ground potential (GND). Also, the resistor 2
The other terminal of is connected to a positive voltage (Vcc).

【0061】MONOS型半導体素子1と抵抗体2は図
1で示した接続と同じであり、この出力はNAND回路
5の入力5bに接続し、パルス発生回路6の出力はNA
ND回路5の入力5aに接続している。このため、図5
に示す回路の初期出力は、パルス発生回路6で発生する
パルスが出力される。
The MONOS type semiconductor device 1 and the resistor 2 have the same connection as shown in FIG. 1, the output is connected to the input 5b of the NAND circuit 5, and the output of the pulse generating circuit 6 is NA.
It is connected to the input 5a of the ND circuit 5. For this reason, FIG.
The pulse generated by the pulse generation circuit 6 is output as the initial output of the circuit shown in FIG.

【0062】放射線照射量が1×106 RADになると
NAND回路5の入力5bが接地電位(GND)レベル
となるために、その出力は接地電位(GND)レベルと
なり発振がとまる。これにより、放射線照射量が1×1
6 RADに達したことを知ることが可能である。
When the radiation dose becomes 1 × 10 6 RAD, the input 5b of the NAND circuit 5 becomes the ground potential (GND) level, so that the output becomes the ground potential (GND) level and the oscillation stops. This gives a radiation dose of 1 x 1
It is possible to know that 0 6 RAD has been reached.

【0063】このように本発明における放射線照射量検
出用半導体装置の回路では、出力の発振停止により放射
線照射量を知ることができる特徴をもっている。
As described above, the circuit of the semiconductor device for detecting radiation dose according to the present invention has a feature that the radiation dose can be known by stopping the oscillation of the output.

【0064】つぎに以上の説明と異なる本発明の実施形
態における放射線照射量検出用半導体装置の構成を、図
6の回路図を用いて説明する。
Next, the configuration of the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is different from the above description, will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0065】図6に示すように、MONOS型半導体素
子1と抵抗体2とインバータ回路7とからその回路を構
成している。MONOS型半導体素子1のソースは接地
電位(GND)に接続し、ドレインは抵抗体2の一方の
端子とインバータ回路7に接続し、さらにゲート電極は
MONOS型半導体素子1を書き込む場合には書き込み
電圧(Vpp)に接続し、通常は接地電位(GND)に
接続している。また、抵抗体2の他方の端子はプラスの
電圧(Vcc)に接続している。
As shown in FIG. 6, the MONOS type semiconductor element 1, the resistor 2 and the inverter circuit 7 constitute the circuit. The source of the MONOS type semiconductor element 1 is connected to the ground potential (GND), the drain is connected to one terminal of the resistor 2 and the inverter circuit 7, and the gate electrode is a write voltage when writing the MONOS type semiconductor element 1. It is connected to (Vpp) and is usually connected to the ground potential (GND). The other terminal of the resistor 2 is connected to a positive voltage (Vcc).

【0066】MONOS型半導体素子1と抵抗体2と
は、図1で示した接続状態と同じであり、図6に示す実
施形態の放射線照射量検出用半導体装置の初期出力は、
接地電位(GND)レベルが出力される。
The MONOS type semiconductor element 1 and the resistor 2 are in the same connection state as shown in FIG. 1, and the initial output of the radiation dose detecting semiconductor device of the embodiment shown in FIG.
The ground potential (GND) level is output.

【0067】放射線照射量が1×106 RADになると
インバータ回路7の入力がGNDレベルとなるために出
力はVccレベルとなる。これにより、放射線照射量が
1×106 RADに達したことを知ることが可能であ
る。
When the radiation dose becomes 1 × 10 6 RAD, the input of the inverter circuit 7 becomes the GND level, and the output becomes the Vcc level. This makes it possible to know that the radiation dose has reached 1 × 10 6 RAD.

【0068】このように本発明における実施形態の放射
線照射量検出用半導体装置は、インバータ回路7により
MONOS型半導体素子1と抵抗体2とからの出力電圧
を増幅して出力することにより安定した放射線照射量を
検出することができる特徴をもっている。
As described above, the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention stabilizes radiation by amplifying and outputting the output voltage from the MONOS type semiconductor element 1 and the resistor 2 by the inverter circuit 7. It has the feature that it can detect the irradiation dose.

【0069】つぎに以上の説明と異なる本発明の放射線
照射量検出用半導体装置の実施形態における構成を、図
7の回路図を用いて説明する。
Next, the configuration of the embodiment of the semiconductor device for detecting radiation dose of the present invention, which is different from the above description, will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0070】図7に示すように、MONOS型半導体素
子1とPチャネル型半導体素子8ととから回路を構成し
ている。
As shown in FIG. 7, a circuit is composed of the MONOS type semiconductor element 1 and the P channel type semiconductor element 8.

【0071】この実施形態における結線状態は、MON
OS型半導体素子1のソース33は接地電位(GND)
に接続し、ドレイン32はPチャネル型半導体素子8の
ドレイン81と検出端子とに接続し、ゲート電極37は
MONOS型半導体素子1を書き込む場合には書き込み
電圧(Vpp)に接続し、通常は接地電位(GND)に
接続している。またさらにPチャネル型半導体素子8の
ソース82はプラスの電位(Vcc)に接続し、ゲート
電極83は接地電位(GND)に接続する。そして、M
ONOS型半導体素子1とPチャネル型半導体素子8と
によってインバータ回路を構成している。
The connection state in this embodiment is MON.
The source 33 of the OS type semiconductor element 1 is at the ground potential (GND).
, The drain 32 is connected to the drain 81 of the P-channel type semiconductor element 8 and the detection terminal, and the gate electrode 37 is connected to the writing voltage (Vpp) when writing the MONOS type semiconductor element 1, and is usually grounded. It is connected to the electric potential (GND). Further, the source 82 of the P-channel semiconductor element 8 is connected to the positive potential (Vcc), and the gate electrode 83 is connected to the ground potential (GND). And M
The ONOS type semiconductor element 1 and the P channel type semiconductor element 8 form an inverter circuit.

【0072】Pチャネル型MOS半導体素子8は、チャ
ネル幅6μm、チャネル長18μmで構成し、Pチャネ
ル型MOS半導体素子8の導通抵抗が150KΩに設定
している。したがってMONOS型半導体素子1とPチ
ャネル型半導体素子8とから構成するインバータ回路の
初期出力は、プラスの電位(Vcc)レベルであり、検
出端子ではVccレベルが検出できる。
The P-channel type MOS semiconductor element 8 has a channel width of 6 μm and a channel length of 18 μm, and the conduction resistance of the P-channel type MOS semiconductor element 8 is set to 150 KΩ. Therefore, the initial output of the inverter circuit composed of the MONOS type semiconductor element 1 and the P-channel type semiconductor element 8 is a positive potential (Vcc) level, and the Vcc level can be detected at the detection terminal.

【0073】MONOS型半導体素子1とインバータ回
路を構成するPチャネル型MOS半導体素子8は、図1
3に放射線照射によるしきい値電圧の変化を示したよう
に、放射線照射によりしきい値電圧は高くなる。このた
め、導通抵抗も放射線照射量とともに増加し200KΩ
程度となる。
The P-channel type MOS semiconductor element 8 forming an inverter circuit together with the MONOS type semiconductor element 1 is shown in FIG.
As shown in 3 for the change in threshold voltage due to radiation irradiation, the threshold voltage is increased due to radiation irradiation. For this reason, the conduction resistance also increases with the radiation dose and is 200 KΩ.
About.

【0074】放射線照射量が5×105 RADになる
と、MONOS型半導体素子1とPチャネル型半導体素
子8とから構成するインバータ回路の出力は接地電位G
NDレベルとなる。これにより、放射線照射量が5×1
5 RADに達したことを知ることが可能である。
When the radiation dose reaches 5 × 10 5 RAD, the output of the inverter circuit composed of the MONOS type semiconductor element 1 and the P channel type semiconductor element 8 is at the ground potential G.
ND level. This gives a radiation dose of 5 x 1
It is possible to know that the 0 5 RAD has been reached.

【0075】このように本発明における回路では、放射
線照射によりしきい値電圧が高くなるPチャネル型半導
体素子8を使用することにより、このPチャネル型半導
体素子8とMONOS型半導体素子1とで構成するイン
バータ回路の出力検出を検出することにより放射線照射
量を知ることができる特徴をもっている。
As described above, in the circuit of the present invention, by using the P-channel type semiconductor element 8 whose threshold voltage is increased by radiation irradiation, the P-channel type semiconductor element 8 and the MONOS type semiconductor element 1 are configured. The radiation dose can be known by detecting the output detection of the inverter circuit.

【0076】つぎに以上の説明と異なる本発明の実施形
態における放射線照射量検出用半導体装置の構成を、図
8の回路図を用いて説明する。
Next, the configuration of the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is different from the above description, will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0077】図8に示すように、MONOS型半導体素
子1とPチャネル型半導体素子8とパルス発生回路6と
NAND回路5から回路を構成している。MONOS型
半導体素子1のソースは接地電位(GND)に接続し、
ドレインはPチャネル型半導体素子8のドレインとNA
ND回路5の入力5bとに接続し、さらにゲート電極は
MONOS型半導体素子1を書き込む場合には書き込み
電圧(Vpp)に接続し、通常は接地電位(GND)に
接続している。またさらにPチャネル型半導体素子8の
ソースはプラスの電位(Vcc)に接続し、ゲート電極
はGNDに接続する。
As shown in FIG. 8, a circuit is constituted by the MONOS type semiconductor element 1, the P channel type semiconductor element 8, the pulse generating circuit 6 and the NAND circuit 5. The source of the MONOS type semiconductor device 1 is connected to the ground potential (GND),
The drain is the drain of the P-channel semiconductor element 8 and the NA.
It is connected to the input 5b of the ND circuit 5, and the gate electrode is connected to the write voltage (Vpp) when writing the MONOS type semiconductor element 1, and is usually connected to the ground potential (GND). Furthermore, the source of the P-channel semiconductor element 8 is connected to the positive potential (Vcc), and the gate electrode is connected to GND.

【0078】Pチャネル型MOS半導体素子8は、チャ
ネル幅6μm、チャネル長18μmで製造し、Pチャネ
ル型MOS半導体素子8の導通抵抗が150KΩに設定
している。パルス発生回路6の出力はNAND回路5の
入力5aに接続し、Pチャネル型半導体素子8とMON
OS型半導体素子1との出力はNAND回路5の入力5
bに接続している。したがって、図8に示す回路の初期
出力は、パルス発生回路6で発生するパルスが出力され
る。
The P-channel MOS semiconductor element 8 is manufactured with a channel width of 6 μm and a channel length of 18 μm, and the conduction resistance of the P-channel MOS semiconductor element 8 is set to 150 KΩ. The output of the pulse generation circuit 6 is connected to the input 5a of the NAND circuit 5, and the P-channel semiconductor element 8 and the MON are connected.
The output of the OS type semiconductor element 1 is the input 5 of the NAND circuit 5.
b. Therefore, as the initial output of the circuit shown in FIG. 8, the pulse generated by the pulse generation circuit 6 is output.

【0079】MONOS型半導体素子1とインバータ回
路を構成するPチャネル型MOS半導体素子8は、図1
3に放射線照射によるしきい値電圧の変化を示したよう
に、放射線照射によりしきい値電圧は高くなる。このた
め、導通抵抗も放射線照射量とともに増加し200KΩ
程度となる。
The P-channel type MOS semiconductor element 8 forming an inverter circuit together with the MONOS type semiconductor element 1 is shown in FIG.
As shown in 3 for the change in threshold voltage due to radiation irradiation, the threshold voltage is increased due to radiation irradiation. For this reason, the conduction resistance also increases with the radiation dose and is 200 KΩ.
About.

【0080】放射線照射量が5×105 RADになると
NAND回路5の入力5bがGNDレベルとなるために
出力はGNDレベルとなり発振がとまる。これにより、
放射線照射量が5×105 RADに達したことを知るこ
とが可能である。
When the radiation dose becomes 5 × 10 5 RAD, the input 5b of the NAND circuit 5 becomes the GND level, so that the output becomes the GND level and the oscillation stops. This allows
It is possible to know that the radiation dose has reached 5 × 10 5 RAD.

【0081】このように本発明の実施形態における放射
線照射量検出用半導体装置では、出力の発振停止により
放射線照射量を知ることができる特徴をもっている。
As described above, the semiconductor device for detecting radiation dose according to the embodiment of the present invention has a feature that the radiation dose can be known by stopping the oscillation of the output.

【0082】つぎに以上の説明と異なる本発明の実施形
態における放射線照射量検出用半導体装置の構成を、図
9の回路図を用いて説明する。
Next, the structure of the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is different from the above description, will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0083】図9に示すように、MONOS型半導体素
子1とPチャネル型MOS半導体素子8とインバータ回
路7とから回路を構成している。MONOS型半導体素
子1のソースは接地電位(GND)に接続し、ドレイン
はPチャネル型半導体素子8のドレインとインバータ回
路7に接続し、さらにゲート電極はMONOS型半導体
素子1を書き込む場合には書き込み電圧(Vpp)に接
続し、通常は接地電位(GND)に接続している。また
さらにPチャネル型半導体素子8のソースはプラスの電
位(Vcc)に接続し、ゲート電極は接地電位(GN
D)に接続する。
As shown in FIG. 9, the MONOS type semiconductor element 1, the P channel type MOS semiconductor element 8 and the inverter circuit 7 constitute a circuit. The source of the MONOS type semiconductor element 1 is connected to the ground potential (GND), the drain is connected to the drain of the P-channel type semiconductor element 8 and the inverter circuit 7, and the gate electrode is written when writing the MONOS type semiconductor element 1. It is connected to the voltage (Vpp) and is usually connected to the ground potential (GND). Furthermore, the source of the P-channel semiconductor element 8 is connected to the positive potential (Vcc), and the gate electrode is connected to the ground potential (GN
Connect to D).

【0084】MONOS型半導体素子1とPチャネル型
MOS半導体素子8は図7で示した構造と同じであり、
図9に示す回路の初期出力はGNDレベルが出力され
る。
The MONOS type semiconductor device 1 and the P channel type MOS semiconductor device 8 have the same structure as shown in FIG.
A GND level is output as the initial output of the circuit shown in FIG.

【0085】放射線照射量が5×105 RADになると
インバータ回路7の入力がGNDレベルとなるために出
力はプラスの電位(Vcc)レベルとなる。これによ
り、放射線照射量が5×105 RADに達したことを知
ることが可能である。
When the radiation dose becomes 5 × 10 5 RAD, the input of the inverter circuit 7 becomes the GND level, so that the output becomes the positive potential (Vcc) level. This makes it possible to know that the radiation dose has reached 5 × 10 5 RAD.

【0086】つぎに以上の説明と異なる本発明の実施形
態における放射線照射量検出用半導体装置の構成を、図
10の回路図を用いて説明する。
Next, the configuration of the radiation dose detecting semiconductor device according to the embodiment of the present invention, which is different from the above description, will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0087】図10に示すように、放射線が照射される
環境下にあるMONOS型半導体素子1と放射線照射に
より抵抗値変化量が少ない多結晶シリコンからなる抵抗
体2と、鉛などで覆われたシールド壁9の内部にあるイ
ンバータ回路7とから回路を構成している。MONOS
型半導体素子1のソースは接地電位(GND)に接続
し、ドレインは抵抗体2の一方の端子とインバータ回路
7に接続し、ゲート電極はMONOS型半導体素子1を
書き込む場合には書き込み電圧(Vpp)に接続し、通
常は接地電位(GND)に接続している。また、抵抗体
2の他方の端子はプラスの電圧(Vcc)に接続してい
る。
As shown in FIG. 10, the MONOS type semiconductor element 1 under the environment of being irradiated with radiation, the resistor 2 made of polycrystalline silicon whose resistance value change little due to the irradiation of radiation, and covered with lead or the like. A circuit is composed of the inverter circuit 7 inside the shield wall 9. MONOS
The source of the semiconductor device 1 is connected to the ground potential (GND), the drain is connected to one terminal of the resistor 2 and the inverter circuit 7, and the gate electrode is the write voltage (Vpp) when writing the MONOS semiconductor device 1. ), And is usually connected to the ground potential (GND). The other terminal of the resistor 2 is connected to a positive voltage (Vcc).

【0088】図10に示す実施形態では、放射線検出方
法は図6で示した実施形態と同じであるが、放射線環境
下には、放射線照射量を検出するMONOS型半導体素
子1と放射線照射の影響が少ない多結晶シリコンからな
る抵抗体2が存在するだけであるため、精度が向上す
る。この実施形態における方法は原子炉などの外部への
配線が可能な環境で実施することが有効である。
In the embodiment shown in FIG. 10, the radiation detection method is the same as that of the embodiment shown in FIG. 6, but under the radiation environment, the MONOS type semiconductor element 1 for detecting the radiation dose and the influence of the radiation irradiation. The accuracy is improved because there is only the resistor 2 made of polycrystalline silicon with a small amount. It is effective to carry out the method in this embodiment in an environment where wiring to the outside such as a nuclear reactor is possible.

【0089】つぎに以上の説明と異なる本発明の実施形
態における放射線照射量検出用半導体装置の構成を図1
1の回路図を用いて説明する。
Next, the configuration of the semiconductor device for detecting radiation dose in the embodiment of the present invention which is different from the above description is shown in FIG.
This will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

【0090】図11に示すように、放射線が照射される
環境下にあるMONOS型半導体素子1と抵抗体2と、
鉛などで覆われたシールド壁9の内部にある制御回路1
0とから回路を構成している。
As shown in FIG. 11, the MONOS type semiconductor element 1 and the resistor 2 under the environment where the radiation is applied,
Control circuit 1 inside shield wall 9 covered with lead, etc.
The circuit is composed of 0s.

【0091】図11に示す実施形態では、図10で示し
た実施形態と同じで、放射線環境下には、放射線照射量
を検出するMONOS型半導体素子1と放射線照射の影
響が少ない多結晶シリコンからなる抵抗体2が存在する
だけである。そして、シールド壁9で覆われた内部に設
ける制御回路10により、MONOS型半導体素子1の
書き込みやVccレベルを換え検出量を変えるなど放射
線の影響を受けることなく、放射線照射量を検出するこ
とができる。
The embodiment shown in FIG. 11 is the same as the embodiment shown in FIG. 10, and in the radiation environment, the MONOS type semiconductor element 1 for detecting the radiation dose and the polycrystalline silicon which is less affected by the radiation dose are used. There is only the resistor 2. Then, the control circuit 10 provided inside the shield wall 9 can detect the radiation dose without being affected by radiation such as writing to the MONOS type semiconductor element 1 or changing the Vcc level to change the detection amount. it can.

【0092】また、図11に示した放射線照射量検出用
半導体装置の実施形態における異なる実施形態として、
制御回路10を電源回路と書き込み電圧発生回路と演算
回路と電圧検出回路とから構成することもできる。
As a different embodiment from the embodiment of the semiconductor device for detecting radiation dose shown in FIG. 11,
The control circuit 10 may be composed of a power supply circuit, a write voltage generation circuit, an arithmetic circuit, and a voltage detection circuit.

【0093】この実施形態では、MONOS型半導体素
子1と抵抗体2とから出力される電圧を制御回路10を
構成する電圧検出回路により検出し、その結果を演算回
路により計算し、放射線照射量を検出する。この検出し
た照射量が1×105 RADになった場合に書き込み電
圧発生回路を駆動させMONOS型半導体素子1の書き
込みを行う。この放射線照射量検出とMONOS型半導
体素子1の書き込みを繰り返すことにより、その繰り返
した回数から放射線照射量の総量を知ることができると
いう特徴をもっている。
In this embodiment, the voltage output from the MONOS type semiconductor element 1 and the resistor 2 is detected by the voltage detection circuit constituting the control circuit 10, and the result is calculated by the arithmetic circuit to calculate the radiation dose. To detect. When the detected irradiation amount becomes 1 × 10 5 RAD, the write voltage generating circuit is driven to write the MONOS type semiconductor element 1. By repeating the detection of the radiation dose and the writing of the MONOS type semiconductor element 1, the total amount of the radiation dose can be known from the number of repetitions.

【0094】以上に示した本発明の実施形態では、不揮
発性半導体素子としてMONOS型半導体素子を用いて
説明したが、この不揮発性半導体素子は電気的に書き換
えが可能である素子であるMNOS型半導体素子やフロ
ーティング型半導体素子でも可能である。また、抵抗体
としては放射線照射量の影響が少ない多結晶シリコンよ
り形成した抵抗体を用いて説明したが、同様に放射線照
射量の影響が少ない半導体基板中に形成したピンチオフ
抵抗体や酸化膜中の電荷の影響を抑えた抵抗体を用いて
も同様である。
In the embodiments of the present invention described above, the MONOS type semiconductor element is used as the non-volatile semiconductor element. However, the non-volatile semiconductor element is an electrically rewritable element, the MNOS type semiconductor element. A device or a floating semiconductor device is also possible. Also, as the resistor, the resistor formed of polycrystalline silicon, which is less affected by the radiation dose, has been described, but similarly, the pinch-off resistor or the oxide film formed in the semiconductor substrate, which is less affected by the radiation dose, is used. The same applies when a resistor in which the influence of the electric charges is suppressed is used.

【0095】[0095]

【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明の放
射線照射量検出用半導体装置は、電気的に書換えが可能
である不揮発性半導体素子を使用しているため、放射線
照射により不揮発性半導体素子のゲート絶縁膜中に発生
した正電荷は、不揮発性半導体素子のゲート電極にプラ
スの電圧を印加することにより正電荷を電気的に除去す
ることが可能となり、放射線照射量を検出する放射線照
射量検出用半導体装置として何度も使用することが可能
である。
As is apparent from the above description, the semiconductor device for detecting radiation dose according to the present invention uses a nonvolatile semiconductor element that is electrically rewritable, and therefore is non-volatile by irradiation with radiation. The positive charges generated in the gate insulating film of the semiconductor element can be electrically removed by applying a positive voltage to the gate electrode of the non-volatile semiconductor element. It can be repeatedly used as a semiconductor device for dose detection.

【0096】さらに、本発明の放射線照射量検出用半導
体装置は、不揮発性半導体素子中に蓄積された正電荷の
量を放射線の影響を受けない抵抗体や正電荷の蓄積によ
りしきい値電圧の高くなるPチャネル型MOS半導体素
子の導通抵抗を利用することにより検出しているため精
度の高い放射線照射量検出用半導体装置を得ることがで
きる。
Further, in the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention, the amount of the positive charges accumulated in the non-volatile semiconductor element is controlled by the resistor not affected by the radiation or the threshold voltage by the accumulation of the positive charges. Since the detection is performed by utilizing the higher conduction resistance of the P-channel type MOS semiconductor element, a highly accurate radiation dose detecting semiconductor device can be obtained.

【0097】さらに、本発明の放射線照射量検出用半導
体装置は、電気的に正電荷を除去できるため再利用が可
能であるとともに、従来必要であった熱処理が不要なた
め特別な装置を必要とせずシステムを小さくすることが
できる。
Further, the radiation dose detecting semiconductor device of the present invention can be reused because it can electrically remove positive charges, and requires a special device because it does not require the heat treatment which has been conventionally required. The system can be made small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置を構成する不揮発性半導体素子であるMON
OS型半導体素子の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a non-volatile semiconductor element MON that constitutes a radiation dose detection semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of an OS type semiconductor element.

【図3】本発明における放射線照射量検出用半導体装置
を構成する不揮発性半導体素子であるMONOS型半導
体素子の放射線照射量としきい値電圧との相関を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph showing a correlation between a radiation dose and a threshold voltage of a MONOS type semiconductor element, which is a nonvolatile semiconductor element that constitutes the radiation dose detection semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明における放射線照射量検出用半導体装置
を構成する不揮発性半導体素子であるMONOS型半導
体素子の放射線照射前後でのゲート電圧とドレイン電流
との相関を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a correlation between a gate voltage and a drain current before and after radiation irradiation of a MONOS type semiconductor element, which is a nonvolatile semiconductor element that constitutes the radiation dose detection semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態における放射線照射量検出用
半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態における放射線照射量検出
用半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態における放射線照射量検出
用半導体装置の構成を示す回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a radiation dose detecting semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図12】従来技術におけるNチャネル型MOS半導体
素子の放射線照射量としきい値電圧の変化量との相関を
示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the correlation between the dose of radiation and the amount of change in threshold voltage of an N-channel MOS semiconductor device in the prior art.

【図13】従来技術におけるPチャネル型MOS半導体
素子の放射線照射量としきい値電圧の変化量との相関を
示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the correlation between the dose of radiation and the amount of change in threshold voltage of a P-channel type MOS semiconductor device in the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 MONOS型半導体素子 2 抵抗体 5 NAND回路 6 パルス発生回路 7 インバータ回路 8 Pチャネル型MOS半導体素子 9 シールド壁 1 MONOS type semiconductor element 2 resistor 5 NAND circuit 6 pulse generation circuit 7 inverter circuit 8 P-channel type MOS semiconductor element 9 shield wall

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気的に書換えが可能な不揮発性半導体
素子を備えることを特徴とする放射線照射量検出用半導
体装置。
1. A semiconductor device for radiation dose detection, comprising a non-volatile semiconductor element that is electrically rewritable.
【請求項2】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜から
なる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子を
備えることを特徴とする放射線照射量検出用半導体装
置。
2. A radiation dose detecting device, comprising a non-volatile semiconductor element, which is an electrically rewritable MONOS type semiconductor element whose gate insulating film comprises a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film. Semiconductor device.
【請求項3】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜とか
らなる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、抵抗体とを備えることを特徴とする放射線照射量検
出用半導体装置。
3. A non-volatile semiconductor device comprising an electrically rewritable MONOS type semiconductor device whose gate insulating film is composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, and a resistor. Semiconductor device for detecting radiation dose.
【請求項4】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜から
なる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、抵抗体と、NAND回路とを備えることを特徴とす
る放射線照射量検出用半導体装置。
4. A non-volatile semiconductor device comprising an electrically rewritable MONOS type semiconductor device whose gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, a resistor and a NAND circuit. A semiconductor device for detecting a radiation dose, which is characterized by:
【請求項5】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜から
なる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、抵抗体と、インバータ回路とを備えることを特徴と
する放射線照射量検出用半導体装置。
5. An electrically rewritable MONOS type semiconductor element having a gate insulating film made of a tunnel oxide film, a silicon nitride film, and a top oxide film, a resistor, and an inverter circuit as a nonvolatile semiconductor element. A semiconductor device for detecting a radiation dose, which is characterized by:
【請求項6】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜から
なる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、MOS半導体素子とを備えることを特徴とする放射
線照射量検出用半導体装置。
6. A non-volatile semiconductor device comprising an electrically rewritable MONOS type semiconductor device whose gate insulating film is composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, and a MOS semiconductor device. Semiconductor device for detecting radiation dose.
【請求項7】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜から
なる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、MOS半導体素子と、NAND回路とを備えること
を特徴とする放射線照射量検出用半導体装置。
7. A non-volatile semiconductor device comprising an electrically rewritable MONOS type semiconductor device whose gate insulating film is composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, a MOS semiconductor device and a NAND circuit. A semiconductor device for detecting radiation dose, which is characterized in that:
【請求項8】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜から
なる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、MOS半導体素子と、インバータ回路とを備えるこ
とを特徴とする放射線照射量検出用半導体装置。
8. A non-volatile semiconductor device comprising an electrically rewritable MONOS type semiconductor device whose gate insulating film is composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, a MOS semiconductor device and an inverter circuit. A semiconductor device for detecting radiation dose, which is characterized in that:
【請求項9】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁膜
がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜とか
らなる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、抵抗体とを備える半導体装置と、放射線が照射され
ないシールド壁内に設ける周辺回路とを備えることを特
徴とする放射線照射量検出用半導体装置。
9. A semiconductor device comprising a non-volatile semiconductor element, which is an electrically rewritable MONOS type semiconductor element whose gate insulating film is composed of a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, and a resistor. A semiconductor device for radiation dose detection, comprising: a peripheral circuit provided inside a shield wall that is not irradiated with radiation.
【請求項10】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁
膜がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜か
らなる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、MOS半導体素子とを備える半導体装置と、放射線
が照射されないシールド壁内に設ける周辺回路とを備え
ることを特徴とする放射線照射量検出用半導体装置。
10. A semiconductor device comprising an electrically rewritable MONOS type semiconductor element whose gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film as a non-volatile semiconductor element, and a MOS semiconductor element. A semiconductor device for radiation dose detection, comprising: a peripheral circuit provided inside a shield wall that is not irradiated with radiation.
【請求項11】 不揮発性半導体素子としてゲート絶縁
膜がトンネル酸化膜とシリコン窒化膜とトップ酸化膜か
らなる電気的に書換えが可能なMONOS型半導体素子
と、MOS半導体素子とを備える半導体装置と、放射線
が照射されないシールド壁内に設ける電源回路と書き込
み電圧発生回路と演算回路と電圧検出回路とから構成す
る制御回路とを備えることを特徴とする放射線照射量検
出用半導体装置。
11. A semiconductor device comprising a non-volatile semiconductor element, an electrically rewritable MONOS type semiconductor element whose gate insulating film is a tunnel oxide film, a silicon nitride film and a top oxide film, and a MOS semiconductor element. A semiconductor device for radiation dose detection, comprising: a power supply circuit provided in a shield wall that is not irradiated with radiation; a write voltage generation circuit; a control circuit including an arithmetic circuit and a voltage detection circuit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023032559A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Photoelectric conversion material and light detection method

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