2014 Fiscal Year Annual Research Report
超広視野撮像観測のための新しい低ノイズ大面積近赤外線検出器の開発
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26247029
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
中屋 秀彦 国立天文台, 先端技術センター, 助教 (70450179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柏川 伸成 国立天文台, TMT推進室, 准教授 (00290883)
小宮山 裕 国立天文台, ハワイ観測所, 助教 (20370108)
内田 智久 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 (40435615)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 近赤外線検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
民生・工業用に普及しているインジウムガリウムヒ素(InGaAs)近赤外線検出器を超広視野天文観測に用いることを目指し、低ノイズCMOS読み出し回路および市販InGaAs検出器の低温読み出し試験、そして低ノイズ小面積InGaAs検出器の設計を行った。
これまでに試作した低ノイズCMOS読み出し回路の冷却読み出し試験を行なった。およそ-100度C以下に冷却することで暗電流が0.1電子/秒以下となり問題ない程度まで小さくなることを確認した。InGaAs検出器では違うCMOSプロセスを用いるので直ちに当てはめることはできないが、標準的なアナログCMOSプロセスによる読み出し回路で暗電流を抑えることが可能であると示すことができた。この結果を日本天文学会年会で発表した。
浜松ホトニクス社製市販InGaAs検出器(128×128、20um画素)を借り受け、メーカーでは行わない低温での読み出し試験を行った。その結果、読み出しノイズと暗電流の性能について、冷却しても天文観測に用いるには不十分であることがわかった。一方で、線形性、飽和信号量、相対波長感度特性、画素内感度分布の測定結果に大きな問題がないことを確認した。
低ノイズ化を実証するための小面積InGaAs検出器の設計を行った。実際に使用するCMOS製造プロセスのパラメーターを用いて読み出し回路を設計し、シミュレーションにより動作の検証を行った。最適な画素回路を検討するため、複数の画素回路を組み込み比較検証できるようにした。
その他、検出器試験用の読み出しエレクトロニクスを増産して性能評価を行い、設計通りの性能を確認した。スターリング冷凍機を用いた試験用真空冷却容器を制作し冷却機能まで動作確認を行った。これらの追加設備により複数の素子を同時に冷却試験することが可能となる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では低ノイズ小面積検出器のCMOS読み出し回路の試作を行う予定であったが、設計までしか完了することができなかった。これは当初計画していなかった異なるアンプ回路を同時に組み込み、比較することで最適な画素回路を検討することにしたためである。実際に使用するCMOS製造プロセスのパラメーターを用いたシミュレーションにより、これらのアンプ回路の検討と設計を行った。次年度の計画では同時進行可能な内容もあるため、最終的に遅れは影響しない予定である。したがって、やや遅れていると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度設計を行った低ノイズ小面積検出器の製造を行い、まずCMOS読み出し回路のみで冷却読み出し試験を行う。この結果を反映させて大面積検出器用のCMOS読み出し回路を設計する。しかしながら、期待する性能が確認できなかった場合には、大面積検出器の設計開始を遅らせ、設計変更を加えた低ノイズ小面積検出器の再製造を行うこともありうる。
大面積検出器の設計と並行して、低ノイズ小面積検出器のCMOS読み出し回路にInGaAsを貼り合わせた素子の冷却読み出し試験を行う。
以上の素子開発とは独立に、CMOS読み出し回路を低ノイズに読み出せるオーバーサンプリング機能を備えたデータ取得システムの試作を行い、近赤外線超広視野カメラのデータ取得システムを検討する。
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