A Probing for Long-Term Operating Environment of IoT Devices using Multi-Output MOSFET

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2022年度では、0.18μmCMOSデザインルールを用いて試作した多端子MOSFETを基本的なディジタル回路に組み込み、電流検出動作等の評価・解析、シミュレーションによる解析モデルの構築結果を元に、論理動作時の挙動について検証を行った。使用したディジタル回路はAND回路（NAND回路＋インバータ）とし、構成するMOSFETの一部を多端子MOSFETに置き換えた形で構成し、集積化を行った。検証については、それぞれのOutput端子から出力される電圧値から、各論理動作における貫通電流等について、間接計測を試みた。その結果、論理動作における状態遷移時に生じる貫通電流をOutput端子間電圧から間接的に挙動をモニタすることが可能であると見出すことができた。次に、多端子MOSFETを組み込んだ集積回路の置かれている環境を計測するために、磁界・温度の検出動作を、プローブ位置や温度変化から評価を行った。その結果、プローブ位置や素子周辺温度に依らず磁界検出が可能であることや、温度に依らず磁界検出するプローブ位置がSourceから離れるほど磁界感度が高くなることが分かった。これは磁界検出するプローブ位置にかかっているOutput端子電圧の差によるものであると考えられる。そして、多端子MOSFETにおける磁界検出動作を示す式をMOSFETの動作原理から導出した。この式は、次年度で予定されているOutput端子間電圧からの動作環境の検出に必要で、前年度の電流検出と並んで、感度や動作レンジの算出には必要なものである。実際に導出し、得られた実験結果から考察すると、導出式が温度変化に対する磁界感度の変化を考慮した式となっていることが分かった。また、サイズの異なる多端子MOSFETや８角形MOSFETでも同様の傾向を示した。