2013 Fiscal Year Annual Research Report
次世代遠中間赤外線検出器のための極低温読みだし集積回路の開発
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23340053
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
和田 武彦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50312202)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾中 敬 東京大学, 理学系研究科, 教授 (30143358)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 赤外線天文学 / 極低温 / 集積回路 / 画像センサー / テラヘルツ / CMOS |
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| Research Abstract |
前年度末に試作した2x2素子読みだし回路の極低温(4K)での性能を評価した。
画像センサーには、検出器からの信号を保持する電荷蓄積アンプ、画素選択のためのアナログスイッチ、それらを制御するデジタル回路が必要である。すでに、アンプとデジタル回路は、極低温での動作を確認済みである。そこで、本年度は、CMOSアナログスイッチ(W/L=0.63/5.0um, body tie type)の評価を4Kで行なった。その結果、Vdd/Vss=(+3/-3V)の条件で、+/-1.5Vの信号振幅、ON抵抗10-20Kohm、OFF抵抗3E14ohmと画像センサーの画素選択には十分な性能が確認できた。これらの成果を国際学会"10th International Workshop On Low Temperatures Electronics"(WOLTE-10)と"International Conference on Space, Aeronautical and Navigational Electronics 2013"(ICSANE 2013)にて発表した。
実際に画像センサーを観測装置に組み込む場合、極低温で動作するセンサー部と常温で動作する制御装置の間には10m程度の距離あり、ケーブルには1000pF程度の寄生電気容量が生ずる。この容量を直接センサーが駆動するとセンサーの発熱が過大になる。これを避けるため、1対のソースフォローアーからなる中継アンプを作製した。極低温(4K)でも常温(300K)でも動作することを確認し、振幅1Vの1MHz矩形波を十分に伝達できることを確認した。これは例えば将来の大型冷却赤外線望遠鏡SPICA観測装置の中継アンプとしても十分な性能である。
オペアンプの評価を進めたところ、わずかに発振をしていることが分かった。この発振の原因を探索し、出力負荷容量の過大が原因であったことを特定した。出力にソースフォロアーアンプを取り付ける事で回避できることが分かった。実際に、本研究で開発した中継アンプ用のソースフォロアーを用いることで、発振を抑制できることを確認した。
これらの成果を基に、実用的な5x2素子の設計を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25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 |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Development for germanium FIR image sensors2013
Author(s)
Takehiko Wada, Hidehiro Kaneda, Yasuo Arai, Yasuki Hattori, Hirokazu Ikeda, Koudai, Kobata, Koichi Nagase, Toyoaki Suzuki, Kotomi Tanaka, Kentaroh Watanabe, Hidehiko Nakaya, Morifumi Ohno, Shunsuke Baba, Chihiro Kochi
Organizer
10th International Workshop On Low Temperatures Electronics
Place of Presentation
Paris, France
Year and Date
20131014-20131017
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