研究課題
挑戦的研究(萌芽)
SiとGeの半導体結晶の接合技術「常温SAB」を用いて，0.5-100keVの広帯域X線・ガンマ線と，0.3-1.8μmの可視光・近赤外線を一気に観測可能な「Si-Ge一体型撮像素子」を開発する．Geの検出部でX線・ガンマ線および可視光・近赤外線それぞれの波長で観測帯域が広げつつ，Si回路層で低雑音や小さいピクセルを実現する．本研究の初年度に単素子フォトダイオードを試作し，常温SABの条件出しを行う．2年目には，申請者が開発したX線SOIを薄化したSi回路層をGeに接合し，実際にSi-Ge一体型撮像素子を試作し撮像分光を実証する．
SiとGeの半導体結晶の接合技術「常温SAB」を用いて，0.5-100keVの広帯域X線・ガンマ線と，0.3-1.8μmの可視光・近赤外線を一気に観測可能な「Si-Ge一体型撮像素子」の開発研究を行った．Si-Ge単素子をSABでプロセスし，3つのアニーリング条件からベストの素子に対し光反応を評価した．その結果，Siは吸収しない赤外線による光電流を観測し, Si-Geの基本コンセプトを確認できた．次に撮像素子のプロセス上の課題として，Si側にX線SOI素子を利用し, 接合時にGeチップのエッジを丸くする必要を明らかにした．今後この改良を行うことでSi-Ge撮像素子が完成すると期待している．
本研究はSi-Ge一体型撮像素子への第１歩であり，その実現は下記の意義がある．現状のSi以外の素材の2次元ピクセル撮像素子は全てバンプボンディングを介して2次元ASICで読み出す．これは複雑・高価で性能に限界がある．Si-Ge一体型は，自然な結晶接合を利用するので，安価で構造も強固である．ピクセルサイズや読み出しノイズなどの性能は，ベースのSi素子で決まり，高性能化が見込める．Ge以外も接合可能である．これは米国が独占している近赤外線領域では極めて重要である．低コストが重要な社会実装でも本研究の応用が見込める．例えば太陽光の影響がない赤外線TOFによる距離計測などに応用可能だろう．
すべて 2024 2023 2022
すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (67件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件) 図書 (1件)
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
巻: 1060 ページ: 169033-169033
10.1016/j.nima.2023.169033
IEEE Transactions on Nuclear Science
巻: 70 号: 7 ページ: 1444-1450
10.1109/tns.2023.3287130
The Astrophysical Journal
巻: 950 号: 2 ページ: 137-137
10.3847/1538-4357/acccf6
巻: 940 号: 2 ページ: 105-105
10.3847/1538-4357/ac94cf
Publications of the Astronomical Society of Japan
巻: 74 号: 5 ページ: 1143-1156
10.1093/pasj/psac060
巻: 74 号: 4 ページ: 757-766
10.1093/pasj/psac033
Proc. SPIE
巻: 12191 ページ: 12191-12191
10.1117/12.2629771
Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems
巻: 8 号: 04 ページ: 046001-046001
10.1117/1.jatis.8.4.046001
Proceedings of SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation
巻: 12181 ページ: 1218122-1218122
10.1117/12.2628772
Proceedings of the SPIE
巻: 12181 ページ: 11-11
10.1117/12.2626894
巻: 8 号: 02 ページ: 26007-26007
10.1117/1.jatis.8.2.026007
