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ǋǜƵƨƮƿwebǍǟƵĻĻhttp://rd.kek.jp/project/soi/

1

×Ýñ
•! SOI (Silicon-On-Insulator) ýƏŭ2¡ƎÍƌƟSiƧƩǅƢĐDƀƟýƉŭcìƸǝƲƊĮÜLēƢƐƊƆƎƧƩǅƉaÄ*ƟŮ•! SOI Pixel¨*KƏî+ĆòŶôŸŭĹǛǟƿŭĹ¯òŭûQ6ŶAòƌ
źƊŵƝŭĹƩǃǚƭǟaĸƎõıå[ĶĒ¨*KƊŽƈƉŰƞŭůƏÊƍ!ķŹƈĩÏƢüƌƅƈűƟŮ•! SOI Pixel¨*KƏŭXìƍƚôYƌ}nƢ ƄŭźƎƜŲƌQXì¨*KƏƖƉƍƌűźƊŵƝŭ7Îŭ+ ŭÁđ«ĞĆ ŭÙ]¯KâVŸƎ+ĦƉrßƆƚƎƊŽƈĩÏƢ¦žƟŮ2výƊƁƎIĴ¿(1/2 CCD)
•! CCDƏŭ(<ŽƈÈžƟ ƍƜƞŭĹS/NǞǄƦƷƉŰƞŭXìƦǓǟƵƸǝƲƊŽƈmŸ?ŽƈűƟŮ
•! ŽŵŽƌŶƝŭıõĔěpƎƂƙƍŭøÜ
*Ɵıõħ(Full Well Capacity)ƍ.çŶ
ŰƟŮūS/NƍĬŮ•! ƖƂŭƴǙƤǚƍıõĔěƢüŲƂƙŭƤƮƽƥǊǞǈƮƸǚƸǝƲƍµƓƈŭŬĎƗ*ŽĝnŶĝƉŰƟŮ

CCDƎ5>ÅMWikipediaƜƞMƢÈ3výƊƁƎIĴ¿(2/2 Hybrid Pixel)
•! ƸǝƲƻƼǋƊĎƗ*ŽƻƼǋƢ,ƍāĞŽŭǆǝǋǎǝƾƥǝƯƉDžƟpŮ•! éå[Ǟ>[¥aĸƌƋŭĹĝĎƗ*Ž(: LHCaĸƉƏŭ40MHzƉƎǇƦǋǘƦǝĎƗ*ŽǡŶĄ·ŻƠƟǈƮƸǚQ¨*KƉ¬¾ÐƍÈŻƠƈűƟpŮ•! ¯§ÐƌǆǝǋǠ8ÉǎǟǚǡƢÈűƟźƊŵƝŭ
•! ǈƮƸǚǈƼƻŶ.ĬŻƠƟ(>50um)•! ²ËƖƞƛƱƶƿŭÁđħǠVĥ ǡƎIĴŶŰƟŮ

4

SOI (Silicon-On-Insulator) Pixel¨*K
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5XìPixel¨*KĹæn

Direct Detection

Indirect DetectionƴǝƻǛǟƹĻ+ "¨*KǠĹ}nƃŶîǞƩǃǚƭǟ+ĆòƍİǡĹ¯òOn-Chip Logic

No On-Chip LogicfQŭ^

MonolithicĹ}n

SOI CMOSSOI Pixel

HybridXìÈCCD...
(Ď*Žĝnƍ.ĬǡMedipix,...
(Mechanical BondingƉ{òƍ.Ĭǡ

Bulk CMOS
CMOS APS...
(ÞgŶûŸŭ}nŶ|űǡ
6

SOI PixelSOIƎǋǜƸƶǉǜǟ(50 nm)Box (BuriedOxide)(200 nm)725um

Handle Wafer

p+n+Handle Wafern+Handle Wafer

p+50~500um

AlĜjƎħÇSOIǋǜƸƶƍơſŵƌhÛƢĚ3žƟƃŹƉOK7ƸǝƲƴǙƱǝƒƎƱǝƹƮƿĳ'Ô
1st AlHandle Wafer

ôYƌp-n junctionƢq~*ƈűƟ

8

0.2µm FD-SOIピクセルプロセス!
ǋǜƸƶ0.2µm _#ÞQ(Fully-Depleted) SOI CMOS
1ǏǙ, 4 (5) ǓƹǚĻǛƦǖ, MIM ƬǕǇƴƹ, DMOS
ƱƤ (I/O) ıN = 1.8 (3.3) VSOI ƧƩǅ

Òs: 200 mm!Ŭ(8Ʀǝƻ)SOIƴǙƱǝ(ƿƼǋƴǙƱǝǡ: Cz, ~18 "-cm/p-type/~40 nm =RƙĘƗĤ6ó(BOX): 200 nm =ǅǝǀǚƧƩǅ: Cz ~700 "-cm (n-type), FZ: ~10k"-cm (ntype, p-type) ƧƩƤ=Ż: 725 µmĀĳ)Å

ÄOŭ260 µm/500 µm ƍĀĳ×/uŭAl (200 nm)÷Õ

ŔŒŏǈƮƸǚƸǝƲƎĳMƸǝƲƊLēŶªƙƈę(200nm)
9高電圧動作の為のバックゲート効果対策
LēƢ±j5ŻƀƟƂƙƍƸǝƲģƎ;3ıNƍƜƟıSƎĢúŶA°
BPW 打込み

通常の不純物打込み!"#$%&+13$&%+,!14.

012+0$ǈƮƸǚ-/HėLē!"#$%&'(')%**+,!-).

•! SOI Sir.BOX9®`(,:MHI•! DIM?@Cuxv1:MHI•! ±ENA­•! VENA­•! Buried P-Well (BPW)«ĞƢĉŹƟ ƉŭƸǝƲıNƍƜƟƿǘǝƵƶƹƒƎǆƼƮ
ưǟƿ4¢Ŷ.*ƟƜŲƍƌƅƂŮ
•! ƸǝƲǟƍĹıNƢŵŹƝƠƟƜŲƍƌƞŭǊǛǟƮƺƧǝıNƚGŮ•! SOI SigǠƿƼǋƴǙƱǝǡƢ/ƝƌŸƈ»ƘƎƉŭǈƮƸǚƲƦƷƢíf*ƟŮ•! BOX(RƙĘƗĤ6ó)ƍŵŵƟıSƢĕ¼*ŭcìð{ŶGŮ
10

Id-Vg特性とBPW
NMOS

w/o BPW

with BPW=0V

back channel open
shift

BPWƍƜƞBack gate 4¢Ŷ.*ƈŭƸǝƲƢ#Þ6AòƌǆƦƤƶıN;3Ŷ*ƟƜŲƍƌƅƂŮ11

SiによるX線の検出効率

~10keVƎXìƉƏƸǝƲ=Ƣ=ŸžƟźƊƉ100%ęŸƎ¨*4ÃŶĠ~AòŮ
12

Multi Project Wafer (MPW) run •! ŐŎŐĻƉƏŃŁŁņlƜƞőœŕļĂǋǜƵƨƮƿÓƞQƎāĞĽƢ ŽƈűƖžŮǠŔŒŏLēģ+ƃŹƎĉćƚŰƞƖžŮǡ•! ĻŃŁŁŊlƜƞlŃLƎǍǟƶƉüƅƈűƖžŮ!"#$%&'()%*+,-''./ !"#$%&'.01$)234,$-''./!"#$%&'.0-$)567,$-'1'/'('&)*+,)-.

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AB6CD?:$EDFDG3:$52H2:$$
I@G*7JK"B@740(898:$I@G*7:$AB6CD?:$%=2;:$
8LDMD:$>6?6@@

898:$I@G*7:$%=2;:$;<=;:$
52H2:$8980!"N13

これまでに開発したSOI検出器: (積分型ピクセル検出器)

ǈƮƸǚ%Lē(INTPIX4)

#ì
ǈƮƸǚ%LēƎǛƦƤƧƿ(DIPIX)

cìyã

CDSLēŭUģADCĎƗ*Ž

14źƠƖƉƉWƲƦƷ"'$(!&&"#$%!&&

17x17 µm, 512x832 (~430kǡpixels, 13 Analog Out,ǄƦƷ¼ƎƂƙŭŌōŔĻLēƢCǈƮƸǚƍaÿ15

X線照射試験ļ積分型Ľ•! ÀkŽƎǯì'Ô(INTPIX4)•!ǆƦƤƶıNŋĻ200V (Vback)•!500 ǉǛǟǒƢ@w•!Ü+ĪŋĻ250µs•!Ŗìä(Mo): 20kV, 5mA

16

空間分解能比較 (Contrast Transfer Function)

Ū! ƎŖìƦǓǟƵƸǝƲƊƎƱǝƿǘƶƿ+ĆòµĖĿ–! SOI Pixel : INTPIX4, Flat Panel Sensor (FPS), CCD, and Imaging Plate (IP)FPS

INTPIX4

CTF [%] = B / ACCDAB

Upper Line
Under LineIP

Base Line17

エネルギー分解能(積分型)
ǄƦƷǛǌǚƏÑ¬ƍW+ęƇűƂŶŭƖƃĎƗ*ŽLēƎǄƦƷŶWŷűƎƉJƎPWŮ

FWHM=260eV
Cu K$ ƊĻK# Ŷ+įŽƈąųƈűƟŮ
ǄƦƷ: ~ 23e@-50ƣC(WŭĺƍƜƟ92)
18

時間・空間分解能を持った検出器の開発(計数型)
•! SOI PixelƏŻƖżƖƌÂxƢƆŶŭÌƎÂxƏĹĝ{ƊĹ¯ò{Ů•! vƎCCDâƍƜƟ½`ƉƏW1000 fpsÛnŽŵƠƌűŮ•! Pixel%ƍƫƧǝƹĻ--> 10MHzƉƎĹćÃ½`ŶAŮ•! Pixel%ƍƹƦǐĻĻĻĻ--> 10ns+ĆòƎĪ½`ŶAŮ•! Pixel%ƍǓǔǙĻĻĻĻ--> MHzƉƎ+0½`ŶAŮ

NewDomain!

ǈƮƸǚƍƫƧǝƹƢ%ùŻƀƂÁ
Ə\OžƟŶŭƫƧǝƹ/ƹƦǐ/ǓǔǙƎǤƆƎ¯òƢ%ùŻƀƂÁƏƌűŮ// Flip Flop  ĹĝćŭĪ½`ŭǜǟƫǚĈĨƎǤƆƎ¯òƢaÄŮǗǟƳǟ&«~AòƌÍƌƅƂ¯òƢêDƀŭƂƌ½`ƢAòƍŮ:ǈƮƸǚLē19

開発中のプロトタイプ(レイアウト）
CNTPIX5
Pixel Layout)(*)(!+&%!
,-.$/01*!

基本動作確認ŒŐĿ
動作検証を進めています。
20©ƒƎt•! źƠƖƉƎĩÏƉƸǝƲĩÏƏƔƕaÈ6´ĭƍ-ĠŽƖŽƂŮ
ƁƎƂƙŭ+ ¯Kƛ7Î¯KƌƋƎƴƶƽǒ6ýƛĩÏǄ
ƧǅƧƢ Ɔ©ƊƎ$E×ÝƢiŽƖžŮ•! ƪǝƻƼǋB)ÅƢüŲ ƉŭĹƶǚǟǋƼƿƉƎĲØT¨£ƌƋƍ4ƊzơƠƖžŮ•! ƖƂŭvýƉĠ~*ƌűĹƺƦǁǑƼƮǛǝƵŭĹS/NƎB)Å+ĦƒƎġÈŶtŻƠƖžŮ
•! Lē«~Ŷ:èƉĹî+ĆòƎwƝƠƟÜ+QƊĪǞÞĪ+ĆòŶwƝƠƟćQƎƤǟƬƽƮƻǕƢĉćǞāAòƉžŮ21ýƍīžƟÖÐďÇ­•! ÏƎFÚ ǥ8eÿîŴƜƑ8eÿîƎāĞ¹•! *ĵÌBǥÂĵ2010-52173(2010.3.9)•! ºU*ĵĻĻĻĻĻĻ: PCT/JP2011/055546(2011.3.9)•! *ĵ
ǥĹƩǃǚƭǟ3ĝK×Ý¯«ŭOKIƸǑƱǝƺƮƹǠ¤ǡĻ•! Ïï ǥ oXŭ¸>dÆŭöăW®Ļ(þÐƌÂĊ)
22

SOIǋǋǜƵƨƮƿǞÇ]ğƎë³
•! 2005l4ŬKEK½`KĩÏbǋǜƵƨƮƿ1ĉ
•! 2005l7Ŭ¸ı¶h©(¤)(Ä:ǘǈƶƸǑƱǝƺƮƹǠ¤ǡ)Ɗ$E×ÝƢĩZ•! 2005l10ĻVDEC 0.15um MPWƍƈČǞaċ•! 2006l12ĻáǣLMPW runƢ •! 2007l-2010lŬĻJST!àć½+ ýǞ¹ĩÏ ©ǠĄéýǋǜƯǘǒǡƍ•! 2011l10Ļá7LMPW runƢ23ŴIűDơƀ!
ĹƩǃǚƭǟ3ĝK×Ý¯«Ŭéå[>[¥×ÝƩǛƮƿǜǂƮƶƴƶƽǒƯǚǟǋŬ ŬoXǮǨǫŁŃŊǢŉňŊĻǢĻŇŃłłǩǧǯŁŃŊǢŉŇŅĻǢĻńŃŉŅśľšŗŝŠ ũŗťŧŢĿŗŤŗŝǦşśşĿŞţǋǜƵƨƮƿŨśŘǍǟƵĻŜŦŦţŋŀŀŤŚĿşśşĿŞţŀţŤŢŞśřŦŀťŢŝŀ24