| 研究課題/領域番号 |
22K18797
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
安藤 妙子 立命館大学, 理工学部, 教授 (70335074)
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| 研究分担者 |
澤野 憲太郎 東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
小林 大造 立命館大学, 理工学部, 教授 (20557433)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | 超高速イメージセンサ / シリコン / ゲルマニウム / エピタキシャル / イメージセンサ / 光電変換 / ピラミッド構造 / 裏面照射 / 超高速撮影 / ピラミッドPD |
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| 研究開始時の研究の概要 |
シリコンイメージセンサの理論的限界時間分解能は11.1 ps（約1千億枚／秒）である．逆ピラミッド構造をもつシリコンフォトダイオード(PD)により開口率100%で上記の理論分解能に迫る100 ps（100億枚／秒）を達成することができる．さらにPDのシリコンをゲルマニウムで置換すると10 ps以下を達成できる．本研究ではシリコンとゲルマニウムに対してプロトタイプPDを試作，評価し，提案の実証に挑戦する．
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| 研究実績の概要 |
超高速イメージセンサの実現に向けて，シリコン内に傾斜壁を有する埋め込み型のゲルマニウムフォトダイオード（PD）を製作する．このゲルマニウムPDをシリコンに設けた逆ピラミッド構造と組み合わせる．逆ピラミッド構造の側壁には信号電荷をシリコン基板から絶縁するための酸化膜を有し，底面は酸化膜が除去されている．
今年度はシリコンウェハ上に深さが0.5 umの逆ピラミッド型構造をまず作製した．この深さはゲルマニウムの場合は光電変換層が 0.5 umあれば十分であることから寸法を決定している．さらにシリコン逆ピラミッド型構造をアルカリ溶液による異方性ウェットエッチングで作製するため {111} 面の傾斜側面ができるが，この傾斜側面にのみ絶縁目的の酸化膜を残す構造を作製した．ただしピラミッド底辺の一辺が0.5 um，1 um，3 um，5 um と微細であり，通常の工程では2回のフォトリソグラフィを精度よく実施することが必要である．そこで本研究では1回のフォトリソグラフィのみで上記構造が可能となる手法を新たに開発した．本件は現在特許申請の手続き中である．
一方で逆ピラミッド構造が形成されたチップにゲルマニウムのエピタキシャル成長を実施した．4種類の全ての底面幅の構造において，逆ピラミッドのシリコン面よりゲルマニウムは成長することが確認でき，さらに発光を認めることができており，エピタキシャル加工を用いることによりゲルマニウムを用いたピラミッド型電荷収集構造が作製可能であることが確認できた．
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