2019 Fiscal Year Annual Research Report
革新的高速分光による高感度リアルタイム分光イメージングの構築と非侵襲診断への展開
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19H02187
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石鍋 隆宏 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30361132)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒田 理人 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40581294)
柴田 陽生 東北大学, 工学研究科, 助教 (70771880)
若生 一広 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (90500893)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分光イメージング / 液晶バンドパスフィルタ / 高感度CMOSイメージセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ナノサイズの高分子ネットワークの構造制御による液晶応答の高速化手法を確立し、高い透過率を有する高速波長可変分光フィルターを実現すると共に、高感度・広ダイナミックレンジ・広光波長帯域を有するグローバルシャッタCMOSイメージングセンサ技術を確立し、これらの技術を組み合わせ高速に高精細分光画像が取得可能な、超小型・リアルタイム分光イメージングシステムを構築することを目的とし、以下の項目について検討を行った。
1.高分子の構造制御に向けたモノマー材料の設計と高速液晶素子の作製プロセスの探索
液晶ファブリ・ペローエタロンを用いた高速波長可変分光フィルターの実現に向けて、高分子安定化ブルー層液晶素子の作製条件について評価解析を行った。ピーク透過率およびピーク波長間隔は、液晶素子の反射電極層の透過率および吸収率に大きく依存し、銀薄膜を用いると共に膜厚を15nmとすることでピーク透過率80%が実現できることを明らかにした。更に、液晶分光素子の特性に大きく寄与する液晶セルギャップに関して、所望の液晶セルギャップ値、およびその均一化の実現に向けて、液晶セル構造、およびシール剤の塗布量、塗布パターン、密度の最適な条件を見いだした。
2.グローバルシャッターに向けたトレンチ型キャパシタの集積プロセスの探索
本年度は画素内に光信号を保持するメモリを集積し、全画素が一斉に露光期間を設けるグローバルシャッタ方式を導入するための画素構造の構築を行った。従来のプレナー型の信号保持容量と比べて5倍強の高密度容量を有するトレンチ型キャパシタを高光感度が得られる低不純物濃度シリコン基板上の画素内に搭載するための構造及びプロセス条件を探索し、画素サイズ22.4μm角、開口率52.8％でグローバルシャッタ機能、広光波長帯域・高感度性能、広ダイナミックレンジ性能を両立する画素構造及びその形成条件を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和元年度は、高速に高精細分光画像が取得可能な、超小型・リアルタイム分光イメージングシステムの実現に向けて、(1) 高速液晶素子の作製プロセス、(2) トレンチ型キャパシタの集積プロセスについて検討を行い、この結果、反射電極層の材料として銀薄膜を見いだし、膜厚の最適化によりピーク透過率80%が実現できることを明らかにすると共に、液晶セルギャップの高精度な制御に向けた作製条件を明確化した。また、広光波長帯域・高感度性能、広ダイナミックレンジ性能を両立するCMOSイメージセンサの画素構造及びその形成条件を見出した。これらの成果は、次年度に検討を予定していた項目の一部であり、以上のことから、本研究は計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、(1) サブミリ秒の応答性を有する高速分光素子の作製、(2) 高感度CMOSイメージセンサの試作と高速撮像性能の評価について検討を行い、高速に高精細分光画像が取得可能な、超小型・リアルタイム分光イメージングシステムの実現に必要となる高速分光素子、および高感度イメージセンサの設計技術を確立する。
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