2017 Fiscal Year Annual Research Report
Revealing the material evolution of the universe hidden in dust: Exploration of cryogenic SOI infrared imaging
| Project Area | Interdisciplinary research on quantum imaging opened with 3D semiconductor detector |
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| Project/Area Number |
25109005
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
和田 武彦 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50312202)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金田 英宏 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30301724)
渡辺 健太郎 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任講師 (30523815)
石丸 貴博 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (30788857)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 赤外線検出器 / 極低温動作集積回路 / FD-SOI CMO |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終開発目標である32x32素子BIB型ゲルマニウム遠赤外線画像センサーと5x5素子BIB型ゲルマニウム遠赤外線検出器の開発を行なった。また、評価に必要となる、32x32画素を1ms読み出せる画像センサー評価ボードの開発を行なった。
まず、雑音特性と動作電圧範囲を改善した改良型 32x32素子 FD-SOI CMOS CITA 読み出し集積回路(ROIC)の開発を行なった。次に、開発済みのシリコン支持型32x32素子Ge:Ga BIB型ゲルマニウム遠赤外線検出器とのバンプを行ない、32x32素子遠赤外線画像センサーを作成した。また、シリコン支持型5x5素子Ge:Ga BIB型ゲルマニウム遠赤外線検出器の極低温での光応答と暗電流評価を行ない、光応答として3.1 A/W、暗電流として50nAが得られた。光応答は期待どおりであったが、暗電流が大きいことが問題である。暗電流はピクセル間の印加電圧に依存しており、結晶表面でのリーク電流が存在している可能性がある。今後、表面処理の工夫等が必要である。
加えて、25素子FD-SOI CMOS TIA ROICの評価を行ない、設計通りの動作を行なっていることを確かめた。さらに、32x32素子FD-SOI CMOS CTIA ROICの評価を行ない、画素選択回路が設計通りの動作を行なっていることを確かめた。
読みだし集積回路に利用しているFD-SOI CMOSは支持基板部分に高純度のSiliconを用いているものである(Arai, Wada et al. 2011, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 636, S31-S36)。その支持基板部分に不純物層を形成できることに着目し、ROICのみ、バンプ無しで、128x128素子Si:B BIB型中間赤外線画像センサーを製造できることを実証した。
得られた結果は国際学会SOIPIX2017で発表した。また、結果の一部を査読論文として出版した(Suzuki, Wada et al. 2018, Japanese Journal of Applied Physics 57, 116701)。
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| Research Progress Status |
平成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 |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Development of a far-infrared image sensor with Si-supported Ge BIB detector and FD-SOI cryo-CMOS ROIC hybritized by nano-particle deposition Au-bump2017
Author(s)
Takehiko Wada, Yasuo Arai, Shunsuke Baba, Misaki Hanaoka, Takuma Hirose, Hirokazu Ikeda, Takahiro Ishimaru, Naoki Isobe, Hidehiro Kaneda, Akihira Miyachi, Koichi Nagase, Hidehiko Nakaya, Morifumi Ohno, Shinki Oyabu, Futoshi Saito, Kazuyuki Shichi, Toyoaki Suzuki, Toyoki Watabe, Kentaroh Watanabe, Keita Yamamoto
Organizer
2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017) at OIST, Okinawa, Japan 10-15 December 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of a Fabry-Perot spectrometer with high-spatial and spectral resolutions aboard a balloon-borne telescope for far-infrared astronomy2017
Author(s)
Hiroki Maeda, Toyoaki Suzuki, Takehiko Wada, Hidehiro Kaneda, Shinki Oyabu, Takahiro Ishimaru, Misaki Hanaoka, Kazuyuki Shichi, Hiroki Maeda, Kouichi Nagase, Toyoki Watabe, Futoshi Saito, Takuma Hirose, Kentaroh Watanabe
Organizer
2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017) at OIST, Okinawa, Japan 10-15 December 2017
Int'l Joint Research
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