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2012 Fiscal Year Research-status Report

フォトニック・システム・オン・チップ技術の開拓

Research Project

Project/Area Number 24651163
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

笹川 清隆  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (50392725)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Keywordsマイクロセンサー / マイクロ光システム / イメージセンサー
Research Abstract

本年度は,CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)プロセスにおける金属配線層を用いたオンチップ光学素子の検討および試作を行った.厳密は結合解析法により画素上における光学素子のシミュレーションを行った.試作素子として,金属グレーティングによる偏光子および回折格子を検討した.シミュレーション結果に基づいて,偏光子搭載画素および画素構造を微細化したイメージセンサを設計した.2次元方向への微細化は困難であるため,画素アレイは1次元とし,1方向にのみ1 um以下の構造を持つ構成とした.画素の微細化により,画素間のクロストークが顕著となることが予測されるため光入射時にSiの表面付近において発生するフォトキャリアのみを検出し,深部で発生したものは,基板に流れるようなポテンシャル構造をとる画素を試作し,低クロストーク化を図った.
試作した偏光子搭載画素について,光学特性評価を行った.この画素は65nmプロセスによって作製されており,金属グレーティングのピッチは波長より十分小さくなっている.グレーティングに対して平行および垂直な偏光に対する感度を比較し,波長750nmにおいて19.7dBの消光比を得た.また,波長依存性の計測結果から,プロセスに起因する反射および金属配線による吸収のために,700-800nmにおいてのみ高い消光比が得られることを示した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までに,光学シミュレーションを行い実際のセンサ試作を完了,一部の素子について目標としていた光学特性を得ることに成功している.今後,他の素子についても評価を行い,その結果を基に性能向上および集積回路の実現を目指す.

Strategy for Future Research Activity

平成24年度での試作画素の評価結果を基に,フォトニックシステムオンチップ素子として,波長スペクトル計測チップを試作する.CMOSイメージセンサ技術,および,ナノフォトニクスを用いる利点の一つは,個々の素子を微小なスケールで実現できることにある.従来の光学システムでは,光学素子やステージの位置や角度などを可動式とすることで,測定条件を変えるものが殆どである.これに対して,提案手法では,「集積化」が可能である.条件の異なる測定系を多数配置することにより,並列計測による高機能化や高速化,高精度化を実現する.
微細光学素子を透過した光は,回折,干渉した後,画素アレイよって検出される.その干渉パタンは,入射角,および,波長によって異なる.検出された空間分布から入射光の情報を取得するため,演算処理を行う必要がある.シミュレーションおよび測定結果を用いて校正を行い,高精度なスペクトルおよび入射角の計測法を確立する.
これらの研究を通じて,CMOS集積回路プロセスによるイメージセンサ画素上への微細光学素子統合および機能集積化の可能性を示し,小型かつ高機能な光学センサへの展開を目指す.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし

  • Research Products

    (7 results)

All 2012 Other

All Presentation (7 results)

  • [Presentation] Dual-Layer Metal-Grid Polarizer for Polarization Image Sensor in 65-nm CMOS Technology2012

    • Author(s)
      Kiyotaka Sasagawa, Norimitsu Wakama, Daisuke Okabayashi, Toshihiko Noda, Takashi Tokuda, Jun Ohta
    • Organizer
      IEEE sensors 2012
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2012-10-31
  • [Presentation] A polarization-analyzing CMOS image sensor with metal wire grid in 65-nm standard CMOS technology for in-situ chiral analysi

    • Author(s)
      Norimitsu Wakama, Daisuke Okabayashi, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Kiyomi Kakiuchi, Jun Ohta
    • Organizer
      Seventh International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE7)
    • Place of Presentation
      Fukuoka Convention Center, Fukuoka, Japan
  • [Presentation] Real-time multifunctional optical analyzer based on polarization-analyzing CMOS image sensor for microchemical systems

    • Author(s)
      Norimitsu Wakama, Nobuya Tachikawa, Kimitada Terao, Mikiko Shibata, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Yasuhiro Nishiyama, Kiyomi Kakiuchi, Jun Ohta
    • Organizer
      2012 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2012)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
  • [Presentation] On-chip metal wire grid polarizer for CMOS image sensor based on 65-nm technology

    • Author(s)
      Kiyotaka Sasagawa, Keisuke Ando, Hitoshi Matsuoka, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Takashi Tokuda, Jun Ohta
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2012)
    • Place of Presentation
      San Jose, California, USA
  • [Presentation] 65 nm標準CMOSプロセスを用いた偏光分析CMOSイメージセンサの消光比評価

    • Author(s)
      若間 範充, 岡林 大恭, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 徳田 崇, 垣内 喜代三, 太田 淳
    • Organizer
      応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学,愛媛
  • [Presentation] 65nm プロセスを用いた二層構造オンチップメタル偏光子搭載イメージセンサ

    • Author(s)
      岡林 大恭, 若間 範充, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 徳田 崇, 太田 淳
    • Organizer
      映像情報メディア学会年次大会
    • Place of Presentation
      島市立大学,広島
  • [Presentation] 偏光分析CMOSイメージセンサによるマイクロ化学システム用in situ不斉計測デバイス

    • Author(s)
      若間 範充, 松岡 均, 寺尾 公維, 芝田 実希子, 立川 展也, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 徳田 崇, 西山 靖浩, 垣内 喜代三, 太田 淳
    • Organizer
      バイオ・マイクロシステム研究会
    • Place of Presentation
      京都大学,京都

URL: 

Published: 2014-07-24  

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