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Imec、記録的ピクセル密度のモノリシック薄膜画像センサ

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October, 25, 2019, Leuven--Imecは、近赤外(NIR)と短波赤外(SWIR)の光を捉える薄膜モノリシックイメージセンサを発表した。モノリシックアプローチベースのそのプロセスは、今日の伝統的IRイメージャと比較してけた違いの製造スループットとコストが見込まれ、同時にマルチメガピクセル分解能が可能になる。IRイメージャは、幅広いアプリケーションで使用されており、Imecの新技術はその可能性を著しく拡大する。これには監視、生体認証、拡張現実、マシンビジョン、産業オートメーションが含まれる。
 今日まで、赤外画像センサは、ハイブリッド技術により製造されている。結晶性半導体ディテクタと電子読出しが別々に製造され、ピクセルレベルあるいはチップペリフェラリレベルで相互接続される。これは高価で時間がかかるプロセスで、スループットは低い。結果的に分解能は制限され、暗状態で信号雑音を減らすために冷却が必要になることが多い。これは、コンシューマアプリケーションでIRイメージャの普及を妨げる。しばらく前から研究者たちは、さまざまなモノリシックアプローチに注目してきた。Imecのアプローチは、高分解能、ローコスト、ウエハベースSWIRイメージャに道を開くものである。
 ImecのIRイメージャは、量子ドットをベースにした新しい薄膜フォトディテクタピクセルスタックで構成されている。量子ドットは、電子読出し上に直接堆積されている。イメージャは、ウエハベース量産適合モノリシックプロセスで製造される。ピクセルは、新開発の高性能低バンドギャップ量子ドット材料を組み込んでいる。量子ドットは、無機光吸収体に匹敵するか、それを上回る。スタックは、注意深く設計され、可視光から2µm波長までのスペクトルをターゲットにするように調整されている。シリコン基板上のテストフォトダイオードは、940nm波長で外部量子光率60%以上を達成し、最先端を上回っている。また、1450nmでは20%超であり、InGaAsフォトディテクタ相当の暗電流で、非冷却動作が可能である。プロトタイプイメージャは、758×512ピクセル分解能、5µmピクセルピッチである。
 「われわれのイメージャは、アイセーフ光源を組み込んだ次世代ワールドフェーススマートフォンカメラに組み込まれ、拡張現実向けのコンパクトなセンシングモジュールを実現する。検査では、食品選別、プラスチック選別に使用される、また監視では優れたコントラストの微光カメラに使用される。さらに、悪天候や煙の多い条件で、特徴の区別が可能になる」とImec薄膜イメージャプログラムマネージャー、Pawel Malinowskiはコメントしている。
 先の展望では、ImecはウエハレベルNIRおよびSWIRイメージセンサ技術の開発を目指している。画期的なイメージセンサ、カメラおよびスマートイメージングアプリケーションのロードマップを持つ企業向けの技術を開発する。現在のSWIRフォトディテクタは、複数の提携の成果である。
(詳細は、https://www.imec-int.com)