2020 Fiscal Year Annual Research Report
Ｓ／Ｎ比８０ｄＢ超・広光波長帯域ＣＭＯＳ撮像素子による吸光・発光イメージング
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18J20657
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤原 康行 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / センシングデバイス / 撮像素子 / 吸光イメージング / 横型オーバーフロー蓄積トレンチ容量 / 近赤外光 / 高飽和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高精度な吸光分析を2次元画像として実現するために、高いSNRと、紫外から近赤外の広光波長帯域における高い量子効率を同時に実現するCMOSイメージセンサを開発すること、また、その応用として非侵襲での血糖値測定の基礎技術を確立する研究に取り組んだ。
１次試作センサの追加測定を行い、10フレームを平均化することでSNR80dBが達成できること及び紫外から近赤外の広光波長帯域での高量子効率を確認した。また、測定対象物質の要求測定濃度の吸光度から測定に必要となるSNR及びCMOSイメージセンサの設計パラメータを算出するフローを提案し、要素技術を集積化し、具現化する手法を確立した。これらの結果を、『IEEE Transactions on Electron Devices』やオンラインセミナー講演他にて報告した。2次試作センサでは、飽和電子数を1億個以上とするために、画素内容量部を2枚のウエハに分割する積層構造を提案、設計し、単一露光で飽和電子数1億個超、裏面照射化により開口率100％を達成する見込みを得た。以上の結果より、紫外光から近赤外光までの広い波長範囲で高い量子効率を持ち、最高SNRが80dB以上を有し、高精度吸光分析に適用できるCMOSイメージセンサが創出できたと結論づける。
非侵襲血糖値測定に向けた取り組みとしては、血液を用いた検量線取得の高精度化及び生体を用いた吸光イメージングに取り組んだ。検量線取得に関しては、血液分析装置を新たに用い、血液成分と吸光度の関係を詳細に解析することで、より高精度な検量線を安定的に測定する方法を明らかにし、特願2021-025482及び特願2021-025483の2件を共同発明者として特許出願した。生体の吸光イメージングに関しては、可搬性を有する小型プロトタイプ機の設計に着手した。以上より、非侵襲での血糖値測定の基礎技術を確立したと結論づける。
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| Research Progress Status |
令和2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 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
受賞
技術社会システム専攻長賞、東北大学大学院工学研究科技術社会システム、2021年3月25日
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[Journal Article] A Global Shutter Wide Dynamic Range Soft X-Ray CMOS Image Sensor With Backside- Illuminated Pinned Photodiode, Two-Stage Lateral Overflow Integration Capacitor, and Voltage Domain Memory Bank2021
Author(s)
Hiroya Shike, Rihito Kuroda, Ryota Kobayashi, Maasa Murata, Yasuyuki Fujihara, Manabu Suzuki, Shoma Harada, Taku Shibaguchi, Naoya Kuriyama, Takaki Hatsui, Jun Miyawaki, Tetsuo Harada, Yuichi Yamasaki, Takeo Watanabe, Yoshihisa Harada, and Shigetoshi Sugawa
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Journal Title
IEEE Transactions on Electron Devices
Volume: 68
Pages: 2056 - 2063
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 45μm厚裏面照射型フォトダイオード・2段LOFICを有する広ダイナミックレンジ軟X線検出グローバルシャッタCMOSイメージセンサ2021
Author(s)
四家寛也, 黒田理人, 小林諒太, 村田真麻, 藤原康行, 鈴木学, 原田将真, 柴口拓, 栗山尚也, 初井宇記, 宮脇淳, 原田哲男, 山崎裕一, 渡邊健夫, 原田慈久, 須川成利
Organizer
映像情報メディア学会技術報告・情報センシング研究会
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[Presentation] A Global Shutter Wide Dynamic Range Soft X-ray CMOS Image Sensor with BSI Pinned Photodiode, Two-stage LOFIC and Voltage Domain Memory Bank2020
Author(s)
H. Shike, R. Kuroda, R. Kobayashi, M. Murata, Y. Fujihara, M. Suzuki, T. Shibaguchi, N. Kuriyama, J. Miyawaki, T. Harada, Y. Yamasaki, T. Watanabe, Y. Harada and S. Sugawa
Organizer
2020 IEEE International Electron Devices
Int'l Joint Research
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