No.153 2015年9月発行

積層型撮像デバイス 特集号

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巻頭言

  • 次世代撮像デバイスへの期待
    東京大学生産技術研究所 教授 平本俊郎
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解説

  • 積層型撮像デバイスの開発動向
    久保田節 / 大竹浩 / 井口義則
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    概要
    8Kスーパーハイビジョン(8K Super Hi-Vision)や空間像再生型立体テレビなど,映像の高精細化や高フレームレート化に伴う撮像デバイスの課題を抜本的に解決する手段として,光電変換部と固体回路を分離,積層した構造の積層型撮像デバイスが再び注目を集めている。本稿では,積層型撮像デバイスとして当所で開発を進めている低電圧増倍膜積層型撮像デバイス,有機撮像デバイス,3次元構造撮像デバイスについて,研究の背景,各デバイスの構造と特徴,最新の開発状況を概説する。

報告

  • 画素並列信号処理を行う撮像デバイスの実現に向けた3次元集積回路の作製
    後藤正英 / 萩原啓 / 井口義則 / 大竹浩
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    概要
    将来の映像システムに求められる超高精細と高フレームレートとを両立できる次世代の撮像デバイスの実現を目指して,受光部の直下に,画素ごとに信号処理回路を集積し,デバイスの深さ方向に信号を伝達する3次元構造撮像デバイスの研究を進めている。半導体デバイスの3次元集積化を行う技術としては,シリコン貫通電極(TSV:Through Silicon Via)を用いる手法が一般的であるが,TSVを撮像デバイスの画素内に形成することは難しい。今回,TSVを用いずにトランジスターを3次元的に直接接続することが可能な,直接接合による3次元集積化技術の開発に取り組み,本技術を用いた3次元集積回路の作製を行った。その結果,異なる基板上のトランジスターを接続した3次元構造の回路が動作することを確認し,画素並列で信号処理を行う撮像デバイスの実現の見通しを得た。
  • 窒化シリコン膜を層間絶縁膜に適用した3層積層有機撮像デバイスの作製
    瀬尾北斗 / 堺俊克 / 大竹浩
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    概要
    小型で高画質なカラーカメラの実現を目指して,光の三原色に対応した3種類の有機光電変換膜と光透過性の高い信号読み出し回路とを交互に積層した構造を持つ,新たな単板式カラー撮像デバイス「有機撮像デバイス」を提案し,その研究開発を進めている。今回,膜厚2μmの窒化シリコン膜を層間絶縁膜として適用することで,光の三原色に対応した3種類の有機光電変換膜と信号読み出し回路を5.8μmの範囲に近接して配置した3層積層構造の有機撮像デバイスを作製した。
  • カルコパイライト系材料を適用した低電圧増倍型光電変換膜の開発
    菊地健司 / 為村成亨 / 宮川和典 / 大竹浩 / 久保田節
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    概要
    テレビカメラの感度を抜本的に改善するために,光電変換した信号電荷をCMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor)回路の耐電圧以下で増倍可能な,低電圧増倍型光電変換膜の研究開発を進めている。今回,可視光全域で高い感度を有するカルコパイライト系材料CIGS(CuIn1-xGax(Se1-ySy)2)に,暗電流を低減するための正孔注入阻止層として酸化ガリウム(Ga2O3)を適用したGa2O3/CIGS構造を試作し,光電特性を評価した。Ga2O3/CIGS構造の量子効率は可視光平均で95%(印加電圧4V)となった。また,印加電圧5V以下の低電圧で,信号電流の増倍現象を確認した。
  • ヘテロ接合型結晶セレン光電変換膜を積層したイメージセンサーの開発
    為村成亨 / 菊地健司 / 宮川和典 / 大竹浩 / 久保田節
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    概要
    将来の超高精細映像システムの実現を目指して,結晶セレン(c-Se:crystalline Selenium)を光電変換膜に用いたイメージセンサーの研究開発を進めている。光電変換材料として,これまで一般的に用いられてきたシリコン(Si)に替えて,可視光領域において高い光吸収特性を有するc-Seを用いることにより,光電変換膜内でのアバランシェ(なだれ)増倍を利用した高感度イメージセンサーが実現できる。今回,ガラス基板上に作製した試作膜において,c-Seで初めてアバランシェ増倍を確認し,100%を超える量子効率が得られた。また,CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路上に一様なc-Se膜を作製することにより,高画質な映像の撮影に成功した。

研究所の動き

  • 有機ELディスプレーの長寿命・高画質化に向けた技術 PDF

発明と考案

  • 2015年5月~ 2015年6月 PDF

論文紹介

  • 論文紹介 PDF

  • 研究会・年次大会等発表一覧 PDF