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2015 年度 実績報告書

ダストに隠された宇宙の物質進化を暴く 極低温SOI赤外線イメージングの開拓

計画研究

研究領域3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開
研究課題/領域番号 25109005
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

和田 武彦  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (50312202)

研究分担者 金田 英宏  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30301724)
研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
キーワード赤外線検出器 / 極低温集積回路 / FD-SOI CMOS
研究実績の概要

本年度は、最終開発目標である32x32素子BIB型ゲルマニウム画像センサー開発に用いられる、読みだし集積回路とゲルマニウム材料の製造を行なった。また、昨年度開発した9x9画素シリコン基板支持型ゲルマニウム遠赤外線画像センサーの極低温冷却試験を行なった。冷却/昇温中の抵抗値をモニターすることで、赤外線検出器/読みだし集積回路の積層部(ナノ粒子金バンプ)とゲルマニウム赤外線検出器が温度300Kから3Kまでのサーマルサイクルで破壊しないことを確かめた。加えて、9x9素子のうち40素子に関して常温ならびに極低温での抵抗値を測定することで、画素間での特性のばらつきも小さいことを確かめた。さらに、大型画像センサー開発の準備として、128x128素子の積層実験をおこなった。最終年度に予定している気球観測実験に用いる冷凍器を購入した。
また、これまでの研究成果、FD-SOI CMOS 集積回路の開発成果、表面活性ウエハー接合を用いたBIB型ゲルマニウム検出器の性能評価結果、シリコン基板支持ゲルマニウム遠赤外線センサーとFD-SOI CMOS読みだし集積回路を組み合わせた9x9素子画像センサーの開発成果をそれぞれフランスグルノーブルで開かれた国際学会"International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-16)"にて発表した。また、それらを3編の論文にまとめて投稿し"Journal of Low Temperature Physics"誌に査読論文として掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画どおり、32x32画素のFD-SOI CMOS 極低温動作読み出し集積回路の開発を行った。追加配算により、将来の大型化を目指した、128x128画素のナノ粒子金バンプ試験素子の製作を行えた。MBE装置の不具合により、高性能透明電極の作成が遅れており、バックアップとして、イオン打ち込みと熱アニーリングによる従来型の透明電極作成条件の探索を行った。

今後の研究の推進方策

当初の計画どおり、シリコン基板支持構造をもつBIB型遠赤外線センサーを開発する。また、すでに製作した、FD-SOI CMOS 極低温読み出し集積回路との積層実験を行う。引き続きMBEを用いた高性能透明電極の作成条件の探索を行う。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Development for Germanium Blocked Impurity Band Far-Infrared Image Sensors with Fully-Depleted Silicon-On-Insulator CMOS Readout Integrated Circuit2016

    • 著者名/発表者名
      Wada, T.; Arai, Y.; Baba, S.; Hanaoka, M.; Hattori, Y.; Ikeda, H.; Kaneda, H.; Kochi, C.; Miyachi, A.; Nagase, K.; Nakaya, H.; Ohno, M.; Oyabu, S.; Suzuki, T.; Ukai, S.; Watanabe, K.; Yamamoto, K.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: online first ページ: 1--8

    • DOI

      10.1007/s10909-016-1522-z

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Development of Blocked-Impurity-Band-Type Ge Detectors Fabricated with the Surface-Activated Wafer Bonding Method for Far-Infrared Astronomy2016

    • 著者名/発表者名
      Hanaoka, M.; Kaneda, H.; Oyabu, S.; Yamagishi, M.; Hattori, Y.; Ukai, S.; Shichi, K.; Wada, T.; Suzuki, T.; Watanabe, K.; Nagase, K.; Baba, S.; Kochi, C.
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: online first ページ: 1--6

    • DOI

      10.1007/s10909-016-1484-1

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Demonstration of TIA Using FD-SOI CMOS OPAMP for Far-Infrared Astronomy2016

    • 著者名/発表者名
      Nagase, Koichi; Wada, Takehiko; Ikeda, Hirokazu; Arai, Yasuo; Ohno, Morifumi; Hanaoka, Misaki; Kanada, Hidehiro; Oyabu, Shinki; Hattori, Yasuki; Ukai, Sota; Suzuki, Toyoaki; Watanabe, Kentaroh; Baba, Shunsuke; Kochi, Chihiro; Yamamoto, Keita
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: online first ページ: 1--5

    • DOI

      10.1007/s10909-016-1551-7

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] マイクロマシン技術を用いた赤外線天文用デバイス開発2016

    • 著者名/発表者名
      和田武彦
    • 学会等名
      第3 回宇宙ナノエレクトロニクスワークショップ
    • 発表場所
      宇宙科学研究所、相模原市
    • 年月日
      2016-03-30 – 2016-03-30
  • [学会発表] SPICA の中間赤外線・遠赤外線検出器2015

    • 著者名/発表者名
      和田武彦、鈴木仁研
    • 学会等名
      第5回 可視赤外線観測装置技術ワークショップ
    • 発表場所
      東北大学理学研究科、仙台市
    • 年月日
      2015-12-07 – 2015-12-09
    • 招待講演
  • [学会発表] 次世代遠赤外線画像センサーの開発2015

    • 著者名/発表者名
      和田武彦
    • 学会等名
      南極で切り開くテラヘルツ天文学
    • 発表場所
      国立天文台、三鷹市
    • 年月日
      2015-11-18 – 2015-11-19
  • [学会発表] Development of Far-Infrared Image Sensor2015

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Wada, H. Kaneda, Y. Arai, S. Baba, M. Hanaoka, Y. Hattori, H. Ikeda, C. Kochi, A. Miyaji, K. Nagase, H. Nakaya, M. Ohno, S. Oyabu, T. Suzuki, S. Ukai, K. Watanabe, K.Yamamoto
    • 学会等名
      International Workshop on SOI Pixel Detector (SOIPIX2015)
    • 発表場所
      Tohoku University, Sendai, Japan
    • 年月日
      2015-06-02 – 2015-06-06
    • 国際学会
  • [備考] 3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開 B02班

    • URL

      http://soipix.jp/b02.html

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公開日: 2017-01-06  

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