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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Development of fully-implantable retinal prosthesis system realizing the same visual information processing as human vision

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, 工学研究科, 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生体医工学 / 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
ラプラシアンエッジ強調回路の動作特性を詳細に評価するために、微小フォトダイオードを付加したラプラシアンエッジ強調機能付き刺激電流生成回路を作製した。これにより積層プロセスの影響を除いた動作特性の評価が可能となった。評価の結果、ラプラシアンエッジ強調回路の正常動作を確認できた。一方で、消費電力の削減量がシミュレーションに比べて少ないという問題が明らかになった。原因を追求したところ、視覚再建に寄与しない40Hz以下の刺激及び両極性電流パルス間(インターフェイズディレイ)においても刺激電流生成回路が動作しているためであることが判明した。そのため、前記領域で刺激電流生成回路の動作を止める回路を新たに作製した。その結果、エッジ強調と低周波刺激電流遮断によって61%の消費電力削減に成功した。人工網膜LSIとして当初の目標を達成したと考えられる。
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
人工網膜の光電変換感度向上のために透明刺激電極の開発を行った。今回、電極材料としてAZOを用いて刺激電極を作製した。その結果、網膜刺激電極として適切な電荷注入能力と電極インピーダンスの値を有し、かつ積層化プロセスに対応可能な電極の開発に成功した。これにより、画素当たりの刺激電極面積と光電変換感度をそれぞれ3倍以上に増やすことが可能になった。
3.人工網膜システムの生体適合性を含む信頼性評価
Pt/IrOx/AZO/Cu刺激電極材料の生体適合性を評価している。石英基板上に刺激電極アレイを模した凸部を形成し、凸部表面に電極材料を成膜した。それを用いてIn vitro(海馬細胞)とIn vivo(動物眼球内)で評価を継続中である。現時点でPt/IrOx/AZOの生体適合性に問題はないことが明らかになっている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (20 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 4 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Study of Al-doped ZnO Transparent Stimulus Electrodefor Fully Implantable Retinal Prosthesis with Three-dimensionally Stacked Retinal Prosthesis Chip2018

    • Author(s)
      Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, and Tetsu Tanaka
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 30 Pages: 225-234

    • DOI

      10.18494/SAM.2018.174

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] マルチウェル構造TSVを用いたTSV側壁界面評価方法の開発2018

    • Author(s)
      菅原 陽平, 木野 久志, 福島 誉史, 田中 徹
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌 C

      Volume: J101-C Pages: 58-65

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-Assembly and Electrostatic Carrier Technology for Via-Last TSV Formation Using Transfer Stacking-Based Chip-to-Wafer 3-D Integration2017

    • Author(s)
      Hideto Hashiguchi , Takafumi Fukushima , Hiroyuki Hashimoto, Ji-Cheol Bea, Mariappan Murugesan, Hisashi Kino, Tetsu Tanaka, and Mitsumasa Koyanagi
    • Journal Title

      IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES

      Volume: 64 Pages: 5065-5072

    • DOI

      10.1109/TED.2017.2767598

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] スピン塗布型BCBライナー絶縁膜を用いたTSV形成技術2018

    • Author(s)
      李 晟豪, 菅原 陽平, 伊藤 誠人, 木野 久志, 福島 誉史, 田中 徹
    • Organizer
      第32回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
  • [Presentation] DRAMセルアレイを用いた3D-IC内部Cu汚染の高精度評価2018

    • Author(s)
      谷川 星野, 福島 誉史, 木野 久志, 田中 徹
    • Organizer
      第32回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
  • [Presentation] Directed Self-Assembly Patterning for 3D LSI2017

    • Author(s)
      T. Fukushimaand M. Koyanagi
    • Organizer
      INC 2017 Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Temporary Bonding and De-bonding for Multichip-to-Wafer 3D Integration Process Using Spin-on Glass and Hydrogenated Amorphous Si2017

    • Author(s)
      M. Murugesan, T. Fukushima and M. Koyanagi
    • Organizer
      2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Remarkable Suppression of Local Stress in 3D IC by Manganese Nitride-Based Filler with Large Negative CTE2017

    • Author(s)
      Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Minimized Hysteresis and Low Parasitic Capacitance TSV with PBO (Polybenzoxazole) Liner to Achieve Ultra-High-Speed Data Transmission2017

    • Author(s)
      Hisashi Kino, Masataka Tashiro, Yohei Sugawara, Seiya Tanikawa, Takafumi Fukushima, and Tetsu Tanaka
    • Organizer
      IEEE International Interconnect Technology Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D-IC Technology and Reliability Challenges2017

    • Author(s)
      Tetsu Tanaka
    • Organizer
      17th International Workshop on Junction Technology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 矩形波インピーダンス計測のためのGIDL電流を用いた低周波リングオシレータの設計と評価2017

    • Author(s)
      竹澤 好樹, 下川 賢士, 銭正よう, 福島 奨, 木野 久志, 福島 誉史, 清山 浩司, 田中 徹
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 三次元積層人工網膜チップのためのラプラシアンエッジ強調機能を有する刺激電流生成回路の評価2017

    • Author(s)
      下川 賢士, 銭 正よう, 竹澤 好樹, 木野 久志, 福島 誉史, 清山 浩司, 田中 徹
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Characterization of Cu-TSVs Fabricated by a New All-Wet Process2017

    • Author(s)
      Miao Xiong,Yangyang Yan, Yingtao Ding,Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wide-range bioelectrical impedance analysis circuit with GIDL-controlled ultrasmall current and ultralow frequency square wave generator2017

    • Author(s)
      Yoshiki Takezawa, Kenji Shimokawa, Zhengyang Qian, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Koji Kiyoyama, Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrawide range square wave impedance analysis circuit with ultra-slow Ring-Oscillator using gate-induced drain-leakage current2017

    • Author(s)
      Yoshiki Takezawa, Koji Kiyoyama, Kenji Shimokawa, Zhengyang Qian, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, and Tetsu Tanaka
    • Organizer
      The 13th IEEE Biomedical Circuit and Systems Conference 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Evaluation of Stimulus Current Generator with Laplacian Edge-enhancement for 3-D Stacked Retinal Prosthesis Chip2017

    • Author(s)
      Kenji Shimokawa, Zhengyang Qian, Yoshiki Takezawa, Hisashi Kino, Takafumi Fukushima, Koji Kiyoyama, and Tetsu Tanaka
    • Organizer
      The 13th IEEE Biomedical Circuit and Systems Conference 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D-IC Technology and Its Application to Fully Implantable Retinal Prosthesis2017

    • Author(s)
      Tetsu Tanaka, Takafumi Fukushima, Hisashi Kino
    • Organizer
      14th International Conference on Flow Dynamics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 3D-IC Technology: Reliability Challenges and Biomedical Application2017

    • Author(s)
      Tetsu Tanaka
    • Organizer
      2017 IEEE Electrical Design of Advanced Packaging and Systems Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] 新材料・新素材シリーズ 熱膨張制御材料の開発と応用2018

    • Author(s)
      木野久志, 田中徹
    • Total Pages
      205
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1316-0
  • [Remarks] 田中(徹)・木野/福島研究室

    • URL

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

URL: 

Published: 2018-12-17  

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