スペース天文用赤外線画像センサ開発のための基礎研究

空间天文红外成像传感器的基础研究

• 批准号: 14740137
• 负责人: 和田 武彦
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Institute of Space and Astronautical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740137/
• 关键词: 赤外線天文学; 画像センサー; 低温電子回路; 検出器; 極低温電子回路

本年度は極低温での良好な動作が期待できるtwin gate構造のFET素子の試作を行なった。通常のCMOSプロセスを使った読みだし集積回路(ROIC : Read Out Inregrated circuit)は、極低温(<30K)で特性が悪化することが知られている。そこで従来はプロセスを工夫して、極低温でも良好な特性が得られるよう工夫していた。しかしプロセスの変更とその維持には莫大な資金が必要で、また、最新のテクノロジーをつかうことができなくなるため、実際的ではない。そこで、本研究では、比較的簡単にできるマスクパターン変更(平面構造と回路設計の変更)のみで極低温で動作する素子を作ることを目的に研究を行なった。その結果、文献調査や集積回路の物理考察により、twin gate構造をもつMOS FETが極低温でも良好な動作をする可能性があることが判明した。この結果に基づいて、(1)合い乗りchip試作サービスを用いたVLSI試作フローの確立(2)twin gate構造のFET素子の極低温動作特性評価素子試作、を目的に東京大学大規模集積システム設計教育研究センター(VDEC)による乗合試作サービスにて、CMOS集積回路設計試作を行なった。FETの設計はVDECを通し、ケイデンス株式会社の協力の元、研究代表者自身が行なった。チップ試作はVDECを通しローム(株)および凸版印刷(株)の協力で行なった。この結果、通常の試作に比べ2桁低いコストでの試作を行なうことができた今回の試作では、比較のため、twin gateの2つのgate長の比を変更した素子と、通常のgate構造をもつFETも同時に配置した。FET素子特性を評価するため、すべてのFETに独立なPADを配置した。

今年，我们制作了双栅极 FET 器件原型，预计该器件可以在极低的温度下正常运行。众所周知，使用普通 CMOS 工艺的读出集成电路 (ROIC) 的特性在极低温度 (<30K) 下会恶化。因此，过去设计的工艺即使在极低的温度下也能获得良好的性能。然而，这是不切实际的，因为更改和维护流程需要大量资金，并且会妨碍您使用最新技术。因此，本研究的目的是通过简单地改变掩模图案（改变平面结构和电路设计）来创建一种在极低温度下工作的器件，这可以相对容易地完成。结果，文献综述和集成电路的物理研究表明，具有双栅极结构的 MOS FET 即使在极低的温度下也可以正常工作。基于这些结果，我们在东京大学设计了一个大型集成系统，目的是（1）使用共享芯片原型设计服务建立 VLSI 原型设计流程，以及（2）对用于评估低温操作特性的元件进行原型设计使用教育研究中心 (VDEC) 提供的共享原型设计服务对具有双栅极结构的 FET 元件进行了原型设计。 FET的设计是由主要研究者本人通过VDEC并在Cadence公司的合作下进行的。芯片原型生产是在罗姆株式会社和凸版印刷株式会社的合作下，通过VDEC进行的。因此，我们能够以比普通原型低两个数量级的成本制造原型。为了进行比较，我们创建了一个两个双栅极之间具有不同栅极长度比的器件，以及一个具有不同栅极长度比的器件。同时还放置了一个普通的栅极结构。为了评估 FET 元件特性，在所有 FET 上放置了独立的 PAD。

项目成果

Ishihara D., et al.: "Evaluation of the Mid-and Near-Infrared Focal Plane Arrays for Japanese Astronomical Satellite ASTRO-F"Proc. of SPIE. 4850. 1008-1019 (2003)

Ishihara D. 等人：“日本天文卫星 ASTRO-F 的中红外和近红外焦平面阵列的评估”Proc。

和田 武彦: "スペース赤外線天文観測用極低温動作読み出し集積回路評価用素子の試作"2003年度版VDEC年報(東京大学大規模集積システム設計教育研究センター紀要). (受理済).

Takehiko Wada：“用于空间红外天文观测的低温操作读出集成电路评估装置的原型”2003年VDEC年度报告（东京大学大规模集成系统设计教育研究中心通报）（已接受）。

Wada, T., et al.: "Infrared Camera(IRC) on board ASTRO-F"Proc. of SPIE. 4850. 179-190 (2003)

Wada, T. 等人：“ASTRO-F 上的红外摄像机 (IRC)”Proc。