Research on SOI 3D pixel process

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Interdisciplinary research on quantum imaging opened with 3D semiconductor detector
• Project/Area Number: 25109002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: Arai Yasuo 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, 特別教授 (90167990)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 倉知 郁生 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 特別教授 (00533944) ; 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, 研究機関講師 (20470015) ; 井田 次郎 金沢工業大学, 工学部, 教授 (60506450)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2018-03-31
• Keywords: 半導体 / Silicon On Insulator / 放射線センサ / 先端機能デバイス / 微細加工プロセス / 量子線イメージング / ３次元積層 / 低消費電力デバイス

Outline of Final Research Achievements

We have developed 3-dimentional pixel process which combines sensor and circuit in a Silicon-On-Insulator (SOI) wafer. By introducing a new double SOI technology, we could solve the problem of interference between sensor and circuit, radiation tolerance, charge collection efficiency and so on. Furthermore, we succeeded to reduce leakage current of sensors by adding a pinning layer under Buried Oxide (BOX) layer, and we named this a Pinned Depleted Diode (PDD) structure.
We have also developed Super-Steep transistors, which have very steep Id-Vg characteristic. This is very useful to realize very low-power circuit.

Free Research Field

高エネルギー物理実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子（電子、陽子、ガンマ、X、荷電粒子等）線イメージセンサーは、医療、材料解析、構造解析、X線検査装置等、科学および社会の様々な場面で今後さらに活用が広がっていくと考えられる。SOIピクセル検出器は、このようなセンサーを高機能化、高分解能化、する上で欠かせない技術であり、同時にセンサーを小型で安価に生産できるという特徴を持つ。
本研究により、既存の検出器の機能・性能に満足出来ない研究者自身が、多様な性能を持ったSOIセンサーを設計・開発する事を容易にし、新たな実験手法の開拓に道を開く事が可能となった。