SoI技術を用いたピクセルセンサーの開発

2007 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18204027
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 坪山 透 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 講師 (80188622)
• 研究分担者: 新井 康夫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (90167990) ; 海野 義信 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (40151956) ; 羽澄 昌史 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (20263197) ; 池田 博一 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 教授 (10132680) ; 石野 宏和 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90323782)
• キーワード: 粒子測定技術 / SOIデバイス / センサー技術 / イメージング / ピクセルデバイス

研究概要

SOI(silicon on insulator)はシリコンウェファ上にシリコン酸化膜を形成し、その上にCMOS回路塗集積する半導体技術である。ウエファに高抵抗シリコンを用いPN接合を形成すると放射線がウェファ中に落とした信号を電気的に取り出すことが可能になる。その信号を酸化膜上部のCMOS回路で処理することで、粒子測定用ピクセルセンを開発することが本研究の目的である。半導体プロセスには(株)沖電気のIC量産ラインを用いることで、製造プロセスの信頼性と継続性を高めた。平成18年には128x128ピクセルをもつピクセルセンサおよび試験用チップを試作した。このセンサを用いて、パルスレーザ光への高い感度が確認され、続いて行ったβ線試験でも信号が確認された。またTCADシミュレーションを行い「不純物打ち込みエネルギーが高いほどブレークダウシ耐性が向上する」という予想を得た。それに従って打ち込みエネルギーを変えたところ、予想通りの効果があり、試験チップではブレークダウン電圧が40Vから60Vた改善した。またSOICMOS回路の耐放射線性の試験の結果、CMOSトランジスターががンマ線60 MRADの照射後もウエファに補正電圧を与えることで動作可能だった。またピグセル読み出し回路にした場合も30MRADまで入ガ信号に対する応答があった。現在計面されているSuperKEKBのピクセルセンサとしても使用可能なデバイースと考えられる。これらの知見に基づき平成19年にはSuper B factoryでの使用を考慮したpixel sensorの設計・製造を行った。評価は始まったところであるが、IV特性などの静特性は良好だった。引き続き動的な特性を測るための試験を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] "R & D of a pixel ssensor based on 0.15 μm fully depleted SOI technology" (2007)
  • 著者名/発表者名: 坪山 透, 他
  • 雑誌名: Nucl.Instr.and Meth A 582 ページ: 861-865
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Total Dose Effects on 0.15μm FD-SOI CMOS Transistors", (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田 博一
  • 雑誌名: 2007 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record N44-6 ページ: 2173-2177
  • 査読あり
• [雑誌論文] "SOI pixel developments in a 0.15μm technology" (2007)
  • 著者名/発表者名: 新井 康夫, 他
  • 雑誌名: IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, N44-2 ページ: 1040-1046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep sub-micron FD-SOI for front-end application (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田 博一, 他
  • 雑誌名: Nucl.Instr.and Meth A 579 ページ: 701-705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of OKI SOI technology (2007)
  • 著者名/発表者名: 池上 陽一(KEK), 他
  • 雑誌名: Nucl.Instr.and Meth A 579 ページ: 706-711
  • 査読あり
• [学会発表] SOIピクセルセンサーの評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石野 宏和, 他
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-26
• [学会発表] "Electronics and Sensor Study with the OKI SOI process" (2007)
  • 著者名/発表者名: 新井 康夫
  • 学会等名: Topical Workshop on Electronics for Particle Physics(TWEPP-07)
  • 発表場所: チェコ・プラハ
  • 年月日: 2007-09-03
• [備考]
  • URL: http://rd.kek.jp/group/soi/