二次元情報即時処理システム

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07248104
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: University of Tokyo
• Principal Investigator: 浅田 邦博 東京大学, 大規模集積システム設計教育研究センター, 教授 (70142239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八木 哲也 九州工業大学, 情報工学科, 助教授 (50183976) ; 名取 研二 筑波大学, 物理工学系, 教授 (20241789) ; 小柳 光正 東北大学, 工学研究科, 教授 (60205531) ; 石川 正俊 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (40212857) ; 相澤 清晴 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20192453)
• Keywords: 3次元積層化 / 画像処理システム / ビジョンチップ / 高誘電率薄膜キャパシタ / コンピュテーショナルセンサ / 画像圧縮 / 適応蓄積時間 / 動きベクトル検出

Research Abstract

本研究ではデジタル技術とアナログ技術の両面および素材・実装技術から2次元情報の即時処理を研究した。
アナログ高機能イメージセンサに関して今年度は、新しい空間可変サンプリング機能センサの制御方式、大規模な圧縮センサの実現とその応用、2次元動きベクトルの即時演算のイメージセンサ上での実現を研究し、空間可変サンプリングイメージセンサ実現(64x64画素)検証、FPGAを用いた画像処理システムとしての設計、128x128の解像度を有する圧縮センサの実現を行った。変化部の検出機能を利用した高速な動き物体の検出、ステレオ視への応用。センサ面上での即時動きベクトル検出の実現を行った。
また自動感度調節機構付アナログ一次元ビジョンチップでは、外づけのFPGA回路で速度検出と衝突警告システムを作成した。このシステムは自然照明下で動作する。またこの一次元チップを二次元にするための設計をおこなった。
デジタルビジョンチップでは0.8μmルールに基づくフルカスタの8x8テストチップでの改良版を試作し、動作を確認し、平行してビジョンチップ高速把持システムを試作し、画像処理アルゴリズム開発・高速動作実験に成功した。
アナログ・デジタル混在による高速画素アクセス方式のスマートセンサーでは、ブロックアクセス方式の画素AD変換チップ、可変ブロック動きベクトル検出チップの試作実験に成功した。
実装技術の面では3次元積層化技術実現の鍵を握る埋め込み配線形成、ウェーハ薄層化、メタルマイクロバンプ形成、ウェーハ位置合わせ、液体接着剤注入の各基本技術を確立た。また、ウェーハ薄層化には、当初、SOIウェーハを用いていたが、埋め込み酸化膜を研磨のストッパー層として用いることなく制御性良く研磨することのできるCMP技術を開発し、バルク・シリコンウェーハを用いての3次元積層化が可能となった。これらの技術を用いて3次集積回路テストチップを試作し、トランジスタが良好に動作することを確認した。また、マイクロレンズアレイを形成した石英ウェーハにホトセンサ・アレイを形成したシリコンウェーハを貼り付けた3次元積層センサ・テストチップを試作した。
素材技術の面では微細化に伴うデバイス特性バラツキがゲート遅延や電圧レベルバラツキをもたらすことから、LSIチップの歩留りを実現するための回路動作のタイミングマージン設計手法を提案した。薄膜キャパシタのキャパシタンスが示すサイズ効果が、完全導体の電極では消失すること、薄膜化によるサイズ効果は電極金属により変化しることを明らかにした。ソースからドレインへの電子輸送が共鳴トンネル型となる極微細単一電子トランジスタの例として、シリコン量子ドット素子の電流電圧特性を計算した。電流ゆらぎの物理機構について一次元ダイオード構造のもとで自己無撞着なモンテカルロ法により検討を行い、準弾道輸送領域ではコンタクト隣接領域からの電子の拡散による電流ゆらぎが顕在化することを見い出した。

Research Products

• [Publications] T.Mido,H.Ito,K.Asada: "TEST Structure for Characterizing Capacitance Matrix of Multi-layer Interconnections in VLSI" Proceeding of International Conference on Microelectronic Test Structures(ICMTS). 217-222 (1998)
• [Publications] K.Asada: "Microelectronics education in Japan" Microelectronics Education 1998,Proceedings. 195-198 (1998)
• [Publications] H.Ito,K.Asada: "Non-destructive Extraction of Structural Parameters of Fully-depleted SOI MOSFETs using Subthreshold Slope Characteristics" 1998 Conference on Optolectronics and Microelectronics Materials and Devices. 153-154 (1998)
• [Publications] Routong Zheng,Kunihiro Asada: "High Speed Completion Prediction Adder Based on Binary Carry Lookahead Adder" Proceeding of International Workshop on IP Based Synthesis and System Design. 149-153 (1998)
• [Publications] Makoto Ikeda,Kunihiro Asada: "Time-Domain Minimum-Distance Detector and Its Application to Low Power Coding Scheme on Chip Interface" 24^<th> European Solid State Circuit Conference. 464-467 (1998)
• [Publications] Minkyu Song,Kunihiro Asada: "Design of Low Power Digital VLSI Circuits Based on a Novel Pass-transistor Logic" IEICE Trans.Electronics. Vol.E81-C,No.11. 1740-1749 (1998)
• [Publications] K.Aizawa: "Computational Sensors-Vision VLSI" IEICE Trans.Vol.E82D,No.3. (1998)
• [Publications] Y.Ohtuka,K.Aizawa,: "Novel image sensor with flexible sampling control" IEEE Int.Symp.on Circuits and Systems(ISCAS98). Vol.6. 637-640 (1998)
• [Publications] Z.Li,K.Aizawa,: "Motion vector estimation on focal sensor plane by block matching" Advanced Focal Plane Arrays and Electronic Cameras II. SPIE Vol.3410. 215-221 (1998)
• [Publications] T.Hamamoto,K.Aizawa: "128x128 pixels image sensor for on-sensor compression" IEEE Int.Conf.Image Processing(ICIP98). MP1.06. (1998)
• [Publications] 小柳光正: "並列処理システムと共有DRAM" 電子情報通信学会 信学技報. ICD98-34(FTS98-34. 51-58 (1998)
• [Publications] K.Natori,N.Sano: "Scaling Limit of digital circuits due to thermal noise" J.Appl.Phys.vol.83. 5019-5024 (1998)
• [Publications] A.Natori,K.Natori: "Magnetoconductance of a mesoscopic rectangular loop" Solid-State Electronics. vol.42. 1109-1114 (1998)
• [Publications] K.Natori: "Thickness dependence of the effective dielectric constant in a thin film capacitor" Appl.Phys.Lett. vol.73. 632-634 (1998)
• [Publications] K.Natori: "Current bistability in resonant tunneling through a semiconductor quantum dot" Superlattices and Microstructures. vol.23. 1339-1342 (1998)
• [Publications] N.Sano,K.Natori,: "Physical Mechanism of Current Fluctuation under Ultra-Small Device Structures" Extended Abstracts of 1998 Sixth International Workshop on Computational Electronics(IWCE-6). 112-115 (1998)
• [Publications] T.Yagi: "An analog VLSI which emulates biological vision" Proceedings of the Second international conference on knowledge-based intelligent electronic systems. 3. 454-460 (1998)
• [Publications] T.Yagi: "Vision chip architecture with light adaptation mechanism" Artificial Life and Robotics. 2. 12-18 (1998)
• [Publications] T.Yagi: "Parallel Analog Image Processing : Solving Regularization Problems with Architecture Inspired by the Vertebrate Retinal" Circuit.In Image Processing and Pattern Recognition,Academic Press. 201-285 (1998)
• [Publications] S.Kameda,T.Yagi: "An one-dimensional analog vision chip system with light-adaptive gain control" Proceedings of 5th International Conference on Neural Information Processing. 1. 578-581 (1998)
• [Publications] Y.Ohtsuka,K.Aizawa,: "A new image sensor with space variant sampling control on a focal plane" IAPR workshop on Machine Vision Applications(MVA98). 11-1. 388-391 (1998)
• [Publications] M.Ishikawa,: "A CMOS Vision Chip with SIMD Processing Element Array for 1ms Image Processing" Proc.IEEE Int.Solid-State Circuits Conf. 206-207 (1999)
• [Publications] Masatoshi Ishikawa: "1ms VLSI Vision Chip System and Its Application(Plenary)" Proc.IEEE Int.Conf.on Automatic Face and Gesture Recognition. 214-219 (1998)
• [Publications] 石井抱,石川正俊: "高速ビジョンのための直線抽出法" 電子情報通信学会論文誌. Vol.J81-D-II,No.8. 1920-1926 (1998)
• [Publications] 大脇崇史,石川正俊: "視触覚モダリティ変換を用いたリアルタイム実環境仮想接触システム" 電子情報通信学会論文誌D-II. Vol.J81-D-II,No.5. 918-924 (1998)
• [Publications] 小室孝,石川正俊: "超並列ビジョンチップの開発" 映像情報. Vol.30,No.23. 35-40 (1998)
• [Publications] S.Pidin,M.Koyanagi: "Parasitic Series Resistance Extraction and Impact Ionization Current Modeling for SOI MOSFETs" Microelectronics Journal. 29. 31-41 (1998)
• [Publications] K.Hirano,M.Koyanagi: "A New Multiport Memory for High Performance Parallel Processor System with Shared Memory" Proc.of the Asia and South Pacific Design Automation Conference 1998. (1998)
• [Publications] M.Koyanagi,: "New Three Dimensional Integration Technology for Future System-on-Silicon LSIs" IEEE International Workshop on Chip-Package Codesign CPD'98. 96-103 (1998)
• [Publications] M.Koyanagi,: "Future System-on-Silicon LSI Chips" IEEE MICRO. 18(4). 17-22 (1998)