2021 Fiscal Year Annual Research Report
開口率100%，10Gfpsの超高速シリコン撮像素子の開発と先端計測技術への適用
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19H02204
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
下ノ村 和弘 立命館大学, 理工学部, 教授 (80397679)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江藤 剛治 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (20088412) [Withdrawn]
安藤 妙子 立命館大学, 理工学部, 教授 (70335074)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超高速撮像 / 撮像素子 / マルチ電荷収集ゲート構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
裏面照射型マルチ電荷収集ゲート構造(BSI-MCG)”に基づいた超高速撮像素子について，シリコンフォトダイオード（Si PD）を用いた場合の理論的な時間分解能の限界とその要因をこれまでに明らかにしてきた．p-well上での信号電荷の水平方向運動による混合を抑制するための電荷収集ピラミッド構造に加えて，フォトダイオード（PD）内の垂直混合を抑制することを目的として，Siよりも吸収係数が大きいゲルマニウム（Ge）を光電変換材料として用いることを検討した．Ge PDを用いた場合の理論的な限界時間分解能を電荷収集時間のばらつきとして見積もった結果，Si PDを用いた場合に比べて1/3程度にまで低減できることが分かった．一方，暗電流などのGe をPDとして用いる場合の課題もあり，今後の検討が必要である．
また，連続撮影枚数を増加させることを目的として，電荷収集ゲートを次段で複数に分岐させるブランチング構造を提案した．各画素は，画素中央のガイドゲートの周りに配置された6つの第1段の電荷収集ゲートを次段でそれぞれ2つの電荷収集ゲートに分岐させ，最終的に12個のフローティングディフュージョンを通して信号を読み出す構造とした．これらの信号は，12枚（インタレースの場合は24枚）の連続画像として，撮像動作後に読み出すことを想定している．以上のようなセンサ画素構造を設計し，シミュレーションにより動作を検証した．電位勾配の設計の工夫により，発生電荷を第2段の電荷収集ゲートまで適切に転送できることを示した．
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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