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2010 年度 実績報告書

SOI技術による高レート実験用薄型ピクセル検出器の研究

研究課題

研究課題/領域番号 21244040
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

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, 教授 (90167990)

研究分担者 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)
原 和彦  筑波大学, 数理物質科学研究科, 講師 (20218613)
三好 敏喜  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, 特別助教 (20470015)
キーワードSilicon-On-Insulator / 放射線、X線、粒子線 / ピクセル検出器 / 素粒子実験 / 半導体超微細化 / 放射線イメージセンサー
研究概要

本研究の目的は次世代の大型加速器実験等で必要とされる、薄く・高分解能で、高レートの荷電粒子測定が行えるピクセル検出器をSilicon-On-Insulator(SOI)技術を元にして開発することである。この検出器では放射線センサー部と読み出し回路が同一チップ上で一体化出来るという特徴がある。
チップ試作は夏と冬の2回設計・製作し、その後引き続きチップの評価を進めている。製造プロセスはOKIセミコンダクター(株)の0.2μm SOI CMOSを元に、ピクセル用に我々が開発した独自のプロセスである。試作チップの評価より、すでにバックゲート効果は埋め込みp層により完全に抑えられる事が確かめられた。
2010年度は、前年度試作した大型ピクセル検出器(INTPIX4)の試験を行い、非常に鮮明なX線像を得ることが出来た。このチップは、17um角のピクセルを512 x 832ピクセル並べた10mm x 15mm角のチップで、Correlated Double Sampling (CDS)回路も内蔵する事で、低ノイズ化をはかったものである。また小ピクセル、大面積チップを実現する為に、単位面積当たりのコンデンサー容量を増やしたり、メタル配線層を4層から5層に増やす等のプロセス改良も行った。
同時に、従来取り扱いが難しかった高抵抗率のFZ-SOIウエハーのプロセスも改良により処理出来るようになり、リーク電流の低下やセンサー感度の向上を達成出来るようになった。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (9件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] SOI Readout ASIC of Pair-monitor for International Linear Collider2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Sato, et al.
    • 雑誌名

      Nuclear Inst.and Methods in Physics Research, 2011.02.063

      巻: 637 ページ: 53-59

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation effects in silicon-on-insulator transistors with back-gate control method fabricated with OKI Semiconductor 0.20 μm FD-SOI technology2011

    • 著者名/発表者名
      M.Kochiyama, et al.
    • 雑誌名

      Nucl.Instr.and Meth.A(2010), doi:10.1016/j.nima.2010.04.086

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance study of SOI monolithic pixel detectors for X-ray application2011

    • 著者名/発表者名
      T.Miyoshi, et al.
    • 雑誌名

      Nucl.Instr.and Meth.A(2010), doi:10.1016/j.nima.2010.04.117

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation test on FD-SOI Readout ASIC of Pair-monitor for ILC2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Sato, et al.
    • 雑誌名

      Nucl.Instr.and Meth.A(2011), doi:10.1016/j.nima.2010.12.149

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Monolithic Silicon-On-Insulator Pixel Devices Thinned to 100 um2011

    • 著者名/発表者名
      T.Shinsho, et al.
    • 雑誌名

      Nucl.Instr.and Meth.A(2010), doi:10.1016/j.nima.2010.04.117

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of X-ray Imaging Spectroscopy Sensor with SOI CMOS Technology2011

    • 著者名/発表者名
      S.G.Ryu, et al.
    • 雑誌名

      IEEE Trans.on Nucl.Sci.

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrated Radiation Image Sensors with SOI technology2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Arai, et al.
    • 雑誌名

      SOI Conference (SOI), 2010 IEEE International Digital Object Identifier : 10.1109/SOI.2010.5641403

      ページ: 1-5

  • [学会発表] SOI pixel検出器を用いた電子線飛跡再構成実験2011

    • 著者名/発表者名
      葛山浩教
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      新潟大学(震災のため発表中止)
    • 年月日
      2011-03-27
  • [学会発表] 計数型SOIピクセル検出器の性能評価2011

    • 著者名/発表者名
      内田潤
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      新潟大学(震災のため発表中止)
    • 年月日
      2011-03-27
  • [学会発表] SOI検出器におけるセンサー層の電荷収集2011

    • 著者名/発表者名
      小野善将
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      新潟大学(震災のため発表中止)
    • 年月日
      2011-03-27
  • [学会発表] SOIイメージセンサーのX線応用2011

    • 著者名/発表者名
      三好敏喜
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      新潟大学(震災のため発表中止)
    • 年月日
      2011-03-26
  • [学会発表] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発3:INTPIXの冷却X線試験におけるゲインと検出効率の測定2010

    • 著者名/発表者名
      中島真也
    • 学会等名
      天文学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2010-09-22
  • [学会発表] SOI技術を用いた読出し一体型ピクセル検出器(計数型)の開発2010

    • 著者名/発表者名
      一宮亮
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      九州工業大学
    • 年月日
      2010-09-13
  • [学会発表] SOI技術を用いた読み出し一体型ピクセル検出器(積分型)の開発2010

    • 著者名/発表者名
      武田彩希
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      九州工業大学
    • 年月日
      2010-09-13
  • [学会発表] SOI技術を用いた放射線ピクセル検出器の開発2010

    • 著者名/発表者名
      新井康夫
    • 学会等名
      理研シンポジウム「先進ものづくり技術によるアナライザーキーコンポーネント開発基盤の構築状況」
    • 発表場所
      理化学研究所(和光)(招待講演)
    • 年月日
      2010-08-05
  • [学会発表] 素粒子実験用TDCとSOI放射線イメージ検出器2010

    • 著者名/発表者名
      新井康夫
    • 学会等名
      映像情報メディア学会研究会
    • 発表場所
      常翔学園大阪センター(招待講演)
    • 年月日
      2010-07-23
  • [備考]

    • URL

      http://rd.kek.jp/project/soi/

  • [産業財産権] 半導体装置及び半導体装置の製造方法2011

    • 発明者名
      新井康夫, 他
    • 権利者名
      高エネ研、OKIセミコンダクタ
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2011/055546
    • 出願年月日
      2011-03-09
    • 外国
  • [産業財産権] 半導体装置2010

    • 発明者名
      新井康夫, 他
    • 権利者名
      高エネ研、OKIセミコンダクタ
    • 産業財産権番号
      特願2010-52173()
    • 出願年月日
      2010-10-06

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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