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2015 Fiscal Year Annual Research Report

人の視覚と同じ高次情報処理を実現する眼球内完全埋め込み型人工網膜システムの開発

Research Project

Project/Area Number 15H01812
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

田中 徹  東北大学, 医工学研究科, 教授 (40417382)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 福島 誉史  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10374969)
富田 浩史  岩手大学, 理工学部, 教授 (40302088)
清山 浩司  長崎総合科学大学, 工学部, 准教授 (60412722)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords人間医工学 / 医用システム / 人工視覚 / 三次元集積回路
Outline of Annual Research Achievements

(1)高次情報処理を実現する超低消費電力三次元積層人工網膜LSI 回路の設計
現状の人工網膜チップでは、画素間の光電変換特性のばらつきが刺激電流周波数のばらつきに直に反映される回路構成となっている。これは1000以上の画素を有する人工網膜では特に大きな問題となる。本年度は画素間の光電変換特性ばらつきを補償する回路の基礎検討を行い、構成回路の一部機能の検証を行った。具体的には、光電変換特性ばらつきは各画素の暗電流に起因するものが大半であることを明らかにし、暗電流の補償方式と補償タイミング方式を決定した。実際に補償タイミング回路を作製し、所望の動作を得ることに成功した。

(2)LSI チップ積層化及び眼球内埋め込み用モジュール化技術の開発
網膜下埋植用人工網膜チップモジュールの開発を行った。人工網膜チップに直径7um・アスペクト比5~6のバックサイドTSVを作製することに成功し、他のシリコン基板とCuSnバンプ接合して電気特性を取得することにも成功した。人工網膜チップを一体化実装するフレキシブルケーブルを作製した。チップ実装部の有機材料を工夫することにより、実装したチップとフレキシブルケーブルとの電気接続の成功率を98%以上にすることに成功した。また、人工網膜チップの開口率向上と刺激電流値の確保を両立するために、新しい刺激電極材料の検討を行った。基板温度を最適化して刺激電極薄膜を作製し、0.04mC/cm2以上のCICを得ることに成功した。現状の画素サイズにおいて1回の刺激で2nC以上の電荷供給が可能であり、刺激電極として使用可能であることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね研究計画通りに進捗し、H27年度研究項目記載の目標を達成している。人工網膜モジュールの生体適合性評価実験を加速する必要がある。

Strategy for Future Research Activity

申請書記載の人工網膜LSI回路において、発熱補償・供給電力補償・刺激電流補償・起動補償の性能検証用回路の設計を進める。さらに人工網膜チップ・刺激電極アレイ・受給電コイルの一体モジュール化技術の開発に着手する。また、一体化モジュールの生体適合性評価に注力していく。

  • Research Products

    (23 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Effect of local stress induced by thermal expansion of underfill in three-dimensional stacked IC2016

    • Author(s)
      Hisashi Kino, Hideto hashiguchi, Seiya Tanikawa, Youhei Sugawara, Shunsuke Ikegaya, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 04EC03-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.04EC03

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of In-plane Local Bending Stress Distribution with DRAM Cell Array for Highly Reliable 3D IC2016

    • Author(s)
      Seiya Tanikawa, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 04EC07-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.04EC07

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Applications of three-dimensional LSI2015

    • Author(s)
      Mitsumasa Koyanagi, Takafumi Fukushima, Kang-Wook Lee, and Tetsu Tanaka
    • Journal Title

      MRS BULLETIN

      Volume: 40 Pages: 242-247

    • DOI

      10.1557/mrs.2015.33

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Novel Hybrid Bonding Technology Using Ultra-High Density Cu Nano-Pillar for Exascale 2.5D/3D Integration2015

    • Author(s)
      Kangwook Lee, Jichel Bea, Takafumi Fukushima, Suresh Ramalingam, Xin Wu, Tetsu Tanaka, and Mitsumasa Koyanagi
    • Journal Title

      IEEE Electron Device Letters

      Volume: 37 Pages: 81-83

    • DOI

      10.1109/LED.2015.2502584

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of Chip-Edge Structures on Alignment Accuracies of Self-Assembled Dies for Microelectronic System Integration2015

    • Author(s)
      Yuka Ito, Takafumi Fukushima, Hisashi Kino, Kang-Wook Lee, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
    • Journal Title

      Journal of Microelectromechanical Systems

      Volume: 25 Pages: 91-100

    • DOI

      10.1109/JMEMS.2015.2480787

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] DRAMリテンション測定を用いた3DIC局所曲げ応力の影響評価2016

    • Author(s)
      谷川 星野, 木野久志, 福島 誉史, 田中 徹
    • Organizer
      2016年第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス、東京都
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 3D-IC/TSVの信頼性評価技術と将来展望2015

    • Author(s)
      田中 徹
    • Organizer
      SEMICON Japan2015
    • Place of Presentation
      Tokyo Big Sight, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-12-16 – 2015-12-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] シリコン貫通配線( TSV )と三次元集積化技術の研究開発動向2015

    • Author(s)
      福島 誉史, 李 康旭, 田中 徹, 小柳 光正
    • Organizer
      第32回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター、新潟県、新潟市
    • Year and Date
      2015-10-28 – 2015-10-30
    • Invited
  • [Presentation] Electroless Nickel Barrier/Seed Layer Deposition on Dielectric Liners for Advanced Cu-TSV Applications2015

    • Author(s)
      Takafumi Fukushima, Kazuko Taniguchi, Shigeru Watariguchi, Mariappan Murugesan, Chisato Nagai, Ai Nakamura, Hiroyuki Hashimoto, Ji-Chel Bea, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi, and Kang-Wook Lee
    • Organizer
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Local Stress Effect due to Operation-Heating-Induced Adhesive Expansion on Transistor Performances in 3D IC2015

    • Author(s)
      Hisashi Kino, Hideto hashiguchi, Seiya Tanikawa, Youhei Sugawara, Shunsuke Ikegaya, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of 2-D Local Stress Distribution in Stacked IC Chip Using Stress-induced Retention Time Modulation od DRAM Cell Array2015

    • Author(s)
      Seiya Tanikawa, Hideto Hashiguchi, Yohei Sugawara, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
    • Year and Date
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DRAMセルアレイの電荷保持特性を用いた3DICにおける局所曲げ応力の影響評価2015

    • Author(s)
      谷川 星野、木野 久志、福島 誉史、小柳 光正、田中 徹
    • Organizer
      2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場、愛知県、名古屋市
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 3D IC用ビアラスト/バックサイドビアプロセスにおける高アスペクト比ビア形成がトランジスタに与える影響評価2015

    • Author(s)
      菅原 陽平, 木野 久志, 福島 誉史, 李康旭, 小柳光正, 田中 徹
    • Organizer
      2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場、愛知県、名古屋市
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 回路動作の発熱によって三次元集積回路内に生成される局所応力の影響に関する研究2015

    • Author(s)
      木野 久志, 橋口 日出登, 谷川 星野, 菅原 陽平, 池ヶ谷 俊介, 福島 誉史, 小柳 光正, 田中 徹
    • Organizer
      第25回マイクロエレクトロニクスシンポジウム MES2015
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス、大阪府、吹田市
    • Year and Date
      2015-09-03 – 2015-09-04
  • [Presentation] Novel Local Stress Evaluation Method in 3D IC Using DRAM Cell Array with Planar MOS Capacitors2015

    • Author(s)
      Seiya Tanikawa, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      IEEE 2015 International 3D Systems Integration Conference (3DIC)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reconfigured Multichip-on-wafer (mCoW) Cu/oxide Hybrid Bonding Technology for Ultra-high Density 3D Integration Using Recessed Oxide, Thin Glue Adhesive, and Thin Metal Capping Layers2015

    • Author(s)
      Kangwook Lee, Chisato Nagai, Ai Nakamura, H. Aizawa, H. Hashiguchi, Jicheol Bea, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka, Mitsumasa Koyanagi
    • Organizer
      IEEE 2015 International 3D Systems Integration Conference (3DIC)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Consideration of Microbump Layout for Reduction of Local Bending Stress Due to CTE Mismatch in 3D IC2015

    • Author(s)
      Hisashi Kino, Hideto hashiguchi, Seiya Tanikawa, Youhei Sugawara, Shunsuke Ikegaya, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      IEEE 2015 International 3D Systems Integration Conference (3DIC)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transfer and Non-transfer Stacking Technologies Based on Chip-to-wafer Self-assembly for High-throughput and High-precision Alignment and Microbump Bonding2015

    • Author(s)
      Takafumi FUKUSHIMA, Taku SUZUKI, Hideto HASHIGUCHI, Chisato NAGAI, Jichoel BEA, Hiroyuki HASHIMOTO, Mariappan MURUGESAN, Kang-Wook LEE, Tetsu TANAKA, Kazushi ASAMI, Yasuhiro KITAMURA, and Mitsumasa KOYANAGI
    • Organizer
      IEEE 2015 International 3D Systems Integration Conference (3DIC)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mitigating Thermo Mechanical Stress in High-density 3D-LSI Through Dielectric Liners in Cu-Through Silicon Via micro-RS and micro-XRD Study2015

    • Author(s)
      M. Murugesan, J.C. Bea, H. Hashimoto, K.W. Lee, and M. Koyanagi, T. Fukushima, and T. Tanaka
    • Organizer
      IEEE 2015 International 3D Systems Integration Conference (3DIC)
    • Place of Presentation
      Sendai International Center, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2015-08-31 – 2015-09-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Plasma Assisted Multichip-to-Wafer Direct Bonding Technology for Self-Assembly Based 3D Integration2015

    • Author(s)
      H. Hashiguchi, H. Yonekura, T. Fukushima, M. Murugesan, H. Kino, K.-W. Lee, T. Tanaka, M. Koyanagi
    • Organizer
      2015 IEEE 65th Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
    • Place of Presentation
      Sheraton San Diego Hotel & Marina, San Diego, USA
    • Year and Date
      2015-05-26 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of Deep-Via Plasma Etching Process on Transistor Performance in 3D-IC with Via-Last Backside TSV2015

    • Author(s)
      Yohei Sugawara, Hideto Hashiguchi, Seiya Tanikawa, Hisashi Kino, Kang-Wook Lee, Takafumi Fukushima, Mitsumasa Koyanagi, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2015 IEEE 65th Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
    • Place of Presentation
      Sheraton San Diego Hotel & Marina, San Diego, USA
    • Year and Date
      2015-05-26 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Highly-Reliable Microbump Bonding Technology Using Self-Assembly of NCF-Covered KGDs and Multi-Layer 3D Stacking Challenges2015

    • Author(s)
      Yuka Ito, Mariappan Murugesan, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Kang-Wook Lee, Koji Choki, Tetsu Tanaka, and Mitsumasa Koyanagi
    • Organizer
      2015 IEEE 65th Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
    • Place of Presentation
      Sheraton San Diego Hotel & Marina, San Diego, USA
    • Year and Date
      2015-05-26 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 完全埋め込み型人工網膜

    • URL

      http://www.lbc.mech.tohoku.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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