日本的NTT公司和北海道大学联合发布研究成果称，在迄今为止未被测量的10meV到1MeV的低能量范围内，以连续数据的方式成功测量出了各个中子能量的半导体软错误发生率，在世界上首次揭开了其全貌。NTT与北海道大学及名古屋大学合作，于2020年在世界上首次测量了高能中子范围（1MeV至800MeV）的软错误发生率，并在此基础上进一步获得了本次成果。相关成果已发表在《IEEE Transactions on Nuclear Science》上。
图1 低能中子的软错误率（供图：NTT）
在支撑社会基础设施的电子设备中，需要针对因太阳耀斑和银河系辐射（宇宙射线）引发故障的软错误对策。当来自太空的宇宙射线与地球大气层中的氧气和氮气发生碰撞时，会产生中子。这些中子与电子设备中的半导体发生碰撞时，会引发存储数据被改写的“软错误”，严重时甚至会导致通信障碍，对社会基础设施造成重大影响。
因此，作为针对此类危害的对策，NTT建立了一种可以重现软错误并对其进行应对和评估的软错误测试技术，并由集团所属公司“NTT advanced technology”自2016年开始提供“软错误测试服务”。
目前，包括通信领域在内的众多领域的电子设备都在进行软错误测试，致力于构建安全可靠的社会基础设施。此外，在2018年，由NTT牵头制定了关于软错误对策和评估的ITU-T建议。
为了解决电子设备中的软错误，最重要的是在系统设计时要考虑到每个设备因软错误导致故障的频率。
另一方面，由于软错误的故障频率与到达该设备的中子所携带的能量会有较大差异，所以获取软错误发生率的能量依赖性（中子所具有的各个能量的软错误发生率）详细数据是必不可少的。
在本次研究中，研究团队使用2020年发布的高速软错误检测器，通过飞行时间法测量了1MeV或以下的低能中子引发的软错误。飞行时间法是通过测量中子飞行一定距离的时间来计算速度，并将其转化为动能的方法。
测量实验中，安装在高强度质子加速器设施（J-PARC）的物质·生命科学实验设施 （MLF）上的中子源特性试验设备（NOBORU）使用了NTT开发的高速软错误检测器。
此外，北海道大学使用金箔活化法评估了该设施中照射的中子强度。以高分辨率连续测量了集成电路的一种——FPGA（Field－Programmable Gate Array）针对各个中子能量出现的软错误发生率。
实验获得的数据表明，软错误发生率在0.1MeV附近最少，但随着能量的变低反而会出现错误发生率上升的趋势。据推测，这大概是由于半导体中微量存在的硼10的影响。
另外，在低能量中子中，被称为热中子的靠近25meV（2.5*10-8MeV）能带的中子软错误发生率也较高。
这种热中子是由于高能中子进入水、塑料、电子基板等含氢物质减速过程中产生的，因此数量会根据周围环境产生很大变化。
例如，如果用水冷却半导体，则热中子会大幅增加。利用本次获得的数据，可以模拟考虑到电子设备周围环境的软错误导致的故障次数，并根据该能量范围采取对策。
今后，NTT将通过模拟考虑到电子设备周围环境的软错误导致的故障次数，以及采取低能领域软错误的对策等，继续致力于构建更安全、更有保障的社会基础设施，。
此外，将来还计划将取得的研究成果应用于宇宙空间的宇宙射线对策，实现NTT追求的宇宙综合计算网络，并进一步应用于人类探索太空的进程。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：IEEE Transactions on Nuclear Science
题目：Energy-resolved SEU cross section from 10-meV to-800 MeV neutrons by time-of-flight measurement
DOI：10.1109/TNS.2023.3245142
