2018 Fiscal Year Final 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 Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
Wada Takehiko 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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| Research Collaborator |
Nakaya Hidehiko
Ikeda Hirokazu
Suzuki Toyoaki
Nagase Koichi
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 赤外線天文学 / 極低温集積回路 / 赤外線検出器 / テラヘルツ / SOI / CMOS |
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| Outline of Final Research Achievements |
Far-infrared (FIR) wavelength (30-200 um) is an important tool to study the formation of planets, stars and galaxies. Gallium doped germanium (Ge:Ga) extrinsic photo-conductors (PCs) and cryo-PMOS readout integrated circuits (ROICs) were used in the previous space infrared astronomical observatories. Development of FIR large format image sensor is difficult because of the following reasons: 1) Stress mechanism is required to extend the cut-off wavelength from that of Ge:Ga PC (120 um) to 200 um. 2) Large power consumption of the PMOS ROIC limits the number of pixel. 3) Thermal expansion mismatch between Ge detector and Si ROIC damages the In bump interconnection between them.
We have developed a large format 32x32 FIR image sensor by the following key technologies: 1) Ge:Ga blocked impurity band (BIB) detector, 2) fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) cryo-CMOS ROIC, 3) a thin Ge detector on a thick Si support substrate and hybridization by nano-particle deposition (NpD) Au-bump.
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| Free Research Field |
赤外線天文学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
遠赤外線画像センサの開発により、塵による吸収の影響を受けにくく、星・惑星・銀河・ブラックホール等の天体の形成過程の解明に重要であった、遠赤外線天文観測を効率的に行えるようになる。本研究は、遠赤外線だけでなく、高感度が必要な冷却型の赤外線画像センサ一般に広く適用できるため、高速赤外線カメラやハイパースペクトルイメージングなど、安全・安心分野への応用も期待できる。現在、米国に依存している高感度赤外線画像センサを国内技術のみで開発できたため、輸出規制の問題を回避できるようになる。
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