2017 Fiscal Year Annual Research Report
A study on ultra-low-noise high-speed imaging devices using SOI technology
| Project Area | Interdisciplinary research on quantum imaging opened with 3D semiconductor detector |
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25109003
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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, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (20374613)
香川 景一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (30335484)
安富 啓太 静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (50621661)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子イメージング / 電荷収集構造 / イベント駆動型量子エネルギー計測 / 広ダイナミックレンジ / 時間デジタル変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高感度量子線ピクセル検出器である新構造SOIピクセルとして、Pinned Depleted Diode構造に基づくSOIピクセルのデバイス技術が完成し、従来のピクセル検出器と比較して極めて優れた性能が得られることを試作により実証した。本SOIピクセル(SOIPIX_PDDと最終的に命名)は、表面空乏・電子検出型であり、酸化膜界面にホール蓄積ピニング層を設けながら、その下部に検出した信号電子を高速走行させるチャネルをもち、微小容量の検出部に収集することで、低暗電流、低読出しノイズ、高い電荷収集効率を得るものである。本ピクセルを構成要素とし、8×7画素からなるプロトタイプアレイセンサを試作した結果、-35℃において、56pA/cm2の低暗電流と、11電子の低読出しノイズが達成され、55Feの5.6keVのX線エネルギースペクトルを200eVの半値全幅で測定可能であるとともに、テイル成分の極めて少ない高純度の信号スペクトルが得られることを実証した。さらに高利得の電荷検出増幅器をピクセル内に設け、新しいシステムノイズ低減技術を用いた試作素子では、55Feの5.6keVのスペクトルの半値全幅を171eVまで低減できることを示した。また、本SOIピクセル構造を高近赤外感度ロックイン動作に基づく光飛行時間型距離センサに応用し、940nmの波長において70%の高量子効率と25mの距離で0.4%という高い距離分解能が得られる等、近赤外用検出器としての利点を実証した。
ソフトスイッチによるランプ電圧取り込み機構を組み込んだアナログ型生体内分子イメージング質量分析用ION到達速度検出ピクセルの設計・試作を行い、測定により12bitかつ1ns以下の分解能を得た。3次元積層試作チップの評価に即して、新規積層プロセスに向け量子イメージング用3次元設計環境構築を完成させ、連携する計画班に提供した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Kyoto’s event-driven x-ray astronomical SOI pixel sensor2017
Author(s)
T-G. Tsuru, H. Hayashi, K. Tachibana, M. Itou, S. Ohmura, H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, S. Nakashima, Y. Arai, I. Kurachi, K. Mori, A. Takeda, Y. Nishioka, N. Takebayashi, S. Yokoyama, T. Kohmura, K. Tamasawa, Y. Ozawa, T. Sato, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha
Organizer
SPIE Optics + Photonics 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] SOI 技術を用いた新型X線撮像分光器の開発24 : 裏面照射型X線SOI ピクセル検出器の軟X 線性能評価2017
Author(s)
原田颯大, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 松村英晃, 立花克裕, 林秀輝, 武田彩希, 森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横山聖真, 福田昂平, 新井康夫, 三好敏喜, 倉知郁生, 幸村孝由, 萩野浩一, 根岸康介, 大野顕司, 鑓田敬吾, 川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha
Organizer
日本天文学会2017年秋季年会
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[Presentation] SOI 技術を用いた新型X 線撮像分光器の開発25: 大型X 線SOI ピクセル検出器のイベント駆動読み出しの評価2017
Author(s)
林秀輝, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 松村英晃, 立花克裕, 原田颯大, 武田彩希, 森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横山聖真, 福田昂平, 新井康夫, 三好敏喜, 倉知郁生, 幸村孝由,萩野浩一, 根岸康介, 大野顕司, 鑓田敬吾, 川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha
Organizer
日本天文学会2017年秋季年会
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[Presentation] 高感度ピクセル量子ディテクタBPSPIXの試作と評価2017
Author(s)
川人祥二, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha, 中西駿太, 香川景一郎, 安富啓太, 寺西信一, 武田彩希, 鶴剛, 新井康夫, 倉知郁生
Organizer
新学術領域研究「３次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」第8回研究会
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[Presentation] XRPIX6D,6H 性能比較2017
Author(s)
林 秀輝, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 松村英晃, 立花克裕, 原田颯大, 武田彩希, 森浩二, 西岡 祐介, 武林伸明, 横山聖真, 福田昂平, 新井康夫, 三好敏喜, 倉知郁生, 幸村孝由, 萩野浩一, 根岸康介, 大野顕司, 鑓田敬吾, 川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha
Organizer
新学術領域研究「３次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」第8回研究会
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[Presentation] BRein memory: a 13-layer 4.2 K neuron/0.8 M synapse binary/ternary reconfigurable in-memory deep neural network accelerator in 65 nm CMOS,2017
Author(s)
Ando K., Ueyoshi K., Orimo K., Yonekawa H., Sato S., Nakahara H., Ikebe M., Asai T., Takamaeda-Yamazaki S., Kuroda T., and Motomura M.
Organizer
2017 Symposia on VLSI Technology and Circuits
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