2013 Fiscal Year Annual Research Report
SOI技術を用いた極低ノイズ・高速イメージングデバイスの研究
| Project Area | Interdisciplinary research on quantum imaging opened with 3D semiconductor detector |
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| Project/Area Number |
25109003
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
川人 祥二 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40204763)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池辺 将之 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (20374613)
香川 景一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (30335484)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子ビーム科学 / ＳＯＩピクセル / 量子イメージング / イベント駆動 / ロックインピクセル |
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| Research Abstract |
本研究課題では、宇宙科学、物質科学、生命科学に関する先端科学計測のためのSOIピクセルディテクタの要素技術を確立することを目的としている。本年度は、イベント駆動量子線エネルギー弁別回路、電荷収集型高感度フォトディテクタ、高時間分解ロックインピクセル、到達時間検出センサに関する研究を実施した。
イベント駆動による量子線エネルギー弁別イメージングにおける高エネルギー分解能化と高ダイナミックレンジ化を目的として、kTCノイズキャンセルと読み出しノイズの低減を図りながら、イベント検出を行うことができる新規検出回路の幾つかの方式を考案し、シミュレーション等により、その動作を確認した。また、読み出しノイズの低減と、感度向上を目的として、電荷検出部の寄生容量を低減するとともに、ピクセル内で発生したキャリアを微小な領域に収集することができる電荷収集構造を有するフォトディテクタを考案し、デバイスシミュレーションによって、40um角、約200umの厚みのピクセルに対して、電荷収集のための電界が形成できることを確認した。これらの検討に基づき、その基本動作を確認するためのSOIピクセル検出器の設計と試作を行った。
高時間分解計測のためのロックインピクセルに関しては、全空乏基板を用いた高速電荷振り分け素子の基本原理確認のためのTEG(Test Element Group)素子の設計と試作を行った。また、SOIイオン到達時間検出センサに関しては、粗精度・高精度ハイブリッド時間生成器（上位ビットはカウンタ、下位ビットはTime Memory Cell）における上位/下位ビット整合性・同期の課題を明らかにし、その解決手段を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の実施計画である(1)イベント駆動量子検出回路及び(2)高時間分解完全空乏型ロックインSOIピクセルデバイスに関して、それらの設計及び試作を行うという目標は概ね達成された。ロックインSOIピクセルの試作チップの評価については、計画よりやや遅れているが、次年度半期までに挽回可能である。
なお、当初目的にはなかった新規なイベント駆動エネルギー弁別回路の考案、電荷集積構造を有するフォトディテクタの考案等、当初計画以上の進展と言える成果も生まれている。
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| Strategy for Future Research Activity |
SOIピクセルに基づくイベント駆動量子線エネルギー弁別及び高時間分解撮像デバイスに関する試作チップの評価を、次年度早々に進める。その結果に基づき、次年度から次々年度にかけてSOIピクセルに関する要素回路・デバイスについて第1次の技術を完成する。また実際に科学計測に応用可能なSOIピクセルディテクタの第1次の開発を、サイエンス班(B, C, D班)と連携して行い、試作ディテクタの各サイエンス領域における有用性を実証することを目標に研究を進める。
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[Journal Article] ポアソン方程式を用いた画像の滑らかな階調復元2013
Author(s)
水野 暁, 五十嵐 正樹, 池辺 将之
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Journal Title
The Journal of The Institute of Image Information and Television Engineers
Volume: Vol.67(2013),No.8
Pages: 326-333
DOI
Peer Reviewed
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