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講演抄録/キーワード
講演名 2022-11-11 09:30
[招待講演]信号電子の混合効果の抑制によるスーパー時間分解を目指して
江藤剛治阪大)・下ノ村和弘安藤妙子松長誠之廣瀬 裕立命館大)・志村考功渡部平司阪大)・鎌倉良成阪工大)・武藤秀樹リンクリサーチSDM2022-71
抄録 (和) シリコン(Si)イメージセンサの理論的限界時間分解能は11.1psである1).それ以下の時間分解能をスーパー時間分解(Super temporal resolution, STR)と呼ぶことにした2).STRは市販の最高速のイメージセンサの時間分解能100 ns3)の1/10,000である.2013年にブランチングイメージセンサ構造を提案し4),2018年にテストセンサを開発した.これを用いて10 nsの時間分解能を実現し,イメージセンサとしては世界で初めてワンショットで飛翔する光の連続撮影に成功した5).STRに到達するためにはSiフォトダイオード(PD)をSiGe,Ge,InGaAsのような吸収係数が大きい光電変換材料に置換する必要がある.さらに,信号電子の転送経路の各要素で,要素の上下端にわたって同時に生成した電子が要素下端に到着することによる到達時間の広がり(mixing効果)を抑制する必要がある6).これらの技術の組み合わせにより,Si技術の範囲で時間分解能100psで連続撮影枚数が数10枚のイメージセンサを開発できる.さらに技術開発の傾向線からは10年以内にSTRに到達できると期待される. 
(英) The theoretical temporal resolution limit of silicon (Si) image sensors is 11.1 ps. The super temporal resolution (STR) is defined as a frame interval less than this limit. The temporal resolution of burst image sensors is significantly affected by “mixing” of signal electrons traveling from different starting positions. For example, the penetration depths of photons incident to a surface of a photodiode (PD) disperse exponentially, resulting in mixing of the photoelectrons generating at distributed depths and arriving at the other end of the PD. The temporal resolution is proportional to the standard deviation of the arrival time. Toward the STR imaging, this paper proposes measures to suppress various mixing phenomena during the travel of the signal electrons: (1) a germanium photodiode (Ge PD) for visible light to practically eliminate the effect of the vertical mixing caused by the distribution of the penetration depth, (2) an inverted pyramid PD to suppress the horizontal mixing, keeping a 100% fill factor, (3) a standard column PD with an negative potential on the vertical walls to squeeze the trajectory bundle of electrons falling on the center gate on the front side, (4) vertical transfer gates surrounding the PD, and (5) a resistive center gate to linearize the potential profile to maximize the horizontal drift velocity to minimize the mixing together with the squeezed electron bundle.
キーワード (和) 超高速 / 撮像素子 / スーパー時間分解 / ゲルマニウム / レジスティブゲート / ピラミッドPD / VTG /  
(英) High-speed Image sensor / Super temporal resolution / Pyramid photodiode / Resistive gate / Germanium / vertical transfer gate / /  
文献情報 信学技報, vol. 122, no. 247, SDM2022-71, pp. 32-39, 2022年11月.
資料番号 SDM2022-71 
発行日 2022-11-03 (SDM) 
ISSN Print edition: ISSN 0913-5685  Online edition: ISSN 2432-6380
著作権に
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技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します.(許諾番号:10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034)
PDFダウンロード SDM2022-71

研究会情報
研究会 SDM  
開催期間 2022-11-10 - 2022-11-11 
開催地(和) オンライン開催 
開催地(英) Online 
テーマ(和) プロセス・デバイス・回路シミュレーションおよび一般 
テーマ(英) Process, Device, Circuit simulation, etc. 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 SDM 
会議コード 2022-11-SDM 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 信号電子の混合効果の抑制によるスーパー時間分解を目指して 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Toward Super Temporal Resolution by Suppression of Mixing Effects of Electrons 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) 超高速 / High-speed Image sensor  
キーワード(2)(和/英) 撮像素子 / Super temporal resolution  
キーワード(3)(和/英) スーパー時間分解 / Pyramid photodiode  
キーワード(4)(和/英) ゲルマニウム / Resistive gate  
キーワード(5)(和/英) レジスティブゲート / Germanium  
キーワード(6)(和/英) ピラミッドPD / vertical transfer gate  
キーワード(7)(和/英) VTG /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 江藤 剛治 / Takeharu Goji Etoh / エトウ タケハル
第1著者 所属(和/英) 大阪大学 (略称: 阪大)
Osaka University (略称: Osaka Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 下ノ村 和弘 / Kazuhiro Shimonomura / カズヒロ シモノムラ
第2著者 所属(和/英) 立命館大学 (略称: 立命館大)
Ritsumeikan University (略称: Ritsumeikan Univ.)
第3著者 氏名(和/英/ヨミ) 安藤 妙子 / Taeko Ando / アンドウ タエコ
第3著者 所属(和/英) 立命館大学 (略称: 立命館大)
Ritsumeikan University (略称: Ritsumeikan Univ.)
第4著者 氏名(和/英/ヨミ) 松長 誠之 / Yoshiyuki Matsunaga / マツナガ ヨシユキ
第4著者 所属(和/英) 立命館大学 (略称: 立命館大)
Ritsumeikan University (略称: Ritsumeikan Univ.)
第5著者 氏名(和/英/ヨミ) 廣瀬 裕 / Yutaka Hirose / ヒロセ ユタカ
第5著者 所属(和/英) 立命館大学 (略称: 立命館大)
Ritsumeikan University (略称: Ritsumeikan Univ.)
第6著者 氏名(和/英/ヨミ) 志村 考功 / Takayoshi Shimura / シムラ タカヨシ
第6著者 所属(和/英) 大阪大学 (略称: 阪大)
Osaka University (略称: Osaka Univ.)
第7著者 氏名(和/英/ヨミ) 渡部 平司 / Heiji Watanabe / ワタナベ ヘイジ
第7著者 所属(和/英) 大阪大学 (略称: 阪大)
Osaka University (略称: Osaka Univ.)
第8著者 氏名(和/英/ヨミ) 鎌倉 良成 / Yoshinari Kamakura / カマクラ ヨシナリ
第8著者 所属(和/英) 大阪工業大学 (略称: 阪工大)
Osaka Institute of Technology (略称: OIT)
第9著者 氏名(和/英/ヨミ) 武藤 秀樹 / Hideki Mutoh / ムトウ ヒデキ
第9著者 所属(和/英) リンクリサーチ株式会社 (略称: リンクリサーチ)
Link Research Corporation (略称: Link Research)
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講演者 第1著者 
発表日時 2022-11-11 09:30:00 
発表時間 60分 
申込先研究会 SDM 
資料番号 SDM2022-71 
巻番号(vol) vol.122 
号番号(no) no.247 
ページ範囲 pp.32-39 
ページ数
発行日 2022-11-03 (SDM) 


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