次世代遠中間赤外線検出器のための極低温読みだし集積回路の開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23340053
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 和田 武彦 独立行政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: 尾中 敬 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (30143358) ; 永田 洋久 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特定課題共同研究員 (20399299) ; 鈴木 仁研 宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 宇宙航空プロジェクト研究員 (30534599) ; 金田 英宏 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30301724)
• 研究協力者: 長勢 晃一 総合研究大学院大学, 物理科学研究科, 学生
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 赤外線天文学 / 極低温 / 集積回路 / 画像センサ / テラヘルツ / CMOS / FD-SOI

研究概要

従来の遠赤外線画像センサーには、読みだし集積回路(ROIC)の性能(雑音、線形性、消費電力)が不十分であったため、画素数の多い画像センサーを実現出来ないという問題があった。本研究では、FD-SOI CMOS VLSI技術を用いることで、その困難を克服し、極低温でも、低雑音、良好な線形性、超低消費電力を実現する極低温ROICの開発に成功した。まず、ROICの基礎となるMOSFETを試作し極低温での特性を評価した。明らかとなった特性を基に、回路要素である、オペアンプ、シフトレジスタ、アナログスイッチを試作した。最後にそれらを組み合わせた極低温ROICを設計試作した。極低温での特性は良好であった。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular-Beam Epitaxial Growth of a Far-Infrared Transparent Electrode for Extrinsic Germanium Photoconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: Toyoaki Suzuki, Takehiko Wada, Kazuyuki Hirose, Hironobu Makitsubo, and Hidehiro Kaneda
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 巻: 124 ページ: 823-829
  • DOI: 10.1086/667391
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Low Power Cryogenic Readout Integrated Circuits Using Fully-Depleted-Silicon-on-Insulator CMOS Technology for Far-Infrared Image Sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Wada, et al
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys 巻: 167 ページ: 602-608
  • DOI: 10.1007/s10909-012-0461-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of cryogenic electronics for far-infrared astronomical focal plane array (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirohisa Nagata, Takehiko Wada, et al
  • 雑誌名: IEICE Trans. Commun 巻: E94-B ページ: 2952-2960
  • DOI: 10.1587/transcom.E94.B.2952
  • 査読あり
• [学会発表] Cryogenic CMOS analog switch for far-infrared image sensors (2013)
  • 著者名/発表者名: Koichi Nagase, Takehiko Wada, Hirokazu Ikeda, Yasuo Arai, Morifumi Ohno
  • 学会等名: International Conference on Space, Aeronautical and Navigational Electronics 2013
  • 発表場所: Vietnam National Satellite Center, Melia Hotel, Hanoi, Vietnam
  • 年月日: 2013-12-02
• [学会発表] Development for germanium FIR image sensors (2013)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Wada, Hidehiro Kaneda, Yasuo Arai, Yasuki Hattori, Hirokazu, Ikeda, Koudai Kobata, Koichi Nagase, Toyoaki Suzuki, Kotomi Tanaka, Kentaroh Watanabe, Hidehiko Nakaya, Morifumi Ohno, Shunsuke Baba, Chihiro Kochi
  • 学会等名: 10th International Workshop On Low Temperatures Electronics
  • 発表場所: Universite Paris Diderot, Paris, France
  • 年月日: 2013-10-16
• [学会発表] Development of cryogenic readout circuit for far-infrared image sensors with fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) CMOS process (2013)
  • 著者名/発表者名: Koichi Nagase, Takehiko Wada, Hirokazu Ikeda, Yasuo Arai, Morifumi Ohno
  • 学会等名: 10th International Workshop On Low Temperatures Electronics
  • 発表場所: Universite Paris Diderot, Paris, France
  • 年月日: 2013-10-15
• [学会発表] 遠赤外線画像センサーのためのFD-SOI-CMOS 集積回路の特性ばらつき評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長勢晃一, 和田武彦, 池田博一, 鈴木仁研, 新井康夫, 大野守史
  • 学会等名: 日本天文学会2013年春季年会
  • 発表場所: 埼玉大学
  • 年月日: 2013-03-20
• [学会発表] サブ波長構造を利用した単一材料シリコン赤外線多層干渉フィルタ (2013)
  • 著者名/発表者名: 和田武彦, 槙坪宏展, 三田 信, 鈴木仁研
  • 学会等名: 電子情報通信学会2013年総合大会
  • 発表場所: 岐阜大学
  • 年月日: 2013-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] Development of low power cryogenic readout integrated circuits using fully-depleted-silicon-on-insulator CMOS technology for far-infrared image sensors (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Wada, et al
  • 学会等名: 14th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • 発表場所: Heidelberg University
  • 年月日: 2011-08-04
• [学会発表] 遠赤外線画像センサのためのFD-SOI-CMOS 集積回路の開発
  • 著者名/発表者名: 和田武彦, 他
  • 学会等名: 日本天文学会2011年秋季年会