Imager マニア

技研公開に行ってきたエントリの第二弾です。
(第一弾はこちら)

　平日エントリなのと、時間が無くて当日あまりこのテーマのお話が聞けなかったので軽めに。

今回は、マニアな皆さんが一般的に興味をお持ちだと思われる(マニアにとっては)メジャーテーマ(笑)”有機撮像素子”です。

　今回読まれる前に、個人的には、昨年の技研公開時の拙blogのエントリを是非お読みなってから、本エントリを読まれることを希望します。
(別にアクセス数を増やすとかそういう話では無く、技研のこのテーマの流れを知ってから読む方が面白いと思うからです。)


↑断面模式モデル？

　前提ですが、上の写真の様に、NHK技研の有機撮像素子は、富士とパナソニックが開発中の有機撮像素子と異なり、カラーフィルタも用いない、1画素で3色とも有機膜で光電変換を行う、いわばFOVEONタイプのセンサを目指しています。
昨年は相席とはいえ、ブース展示でしたが、今年はポスター展示に逆戻りしていました。

[1回]

↑圧縮されてしまって字が潰れてあまり見えないですね。ご容赦ください(__)

展示のサブタイトルは　～小型で高画質な単板カラーカメラの実現を目指して～
そうです、目的は一つ前のエントリの結晶セレンを用いた光電変換膜を積層した固体撮像素子と同じです。

スーパーハイビジョンは画素数が多くてフレームレートが速いものが求められる
　⇒小型カメラのために単板カラーセンサを作ろうとすると、画素ピッチが小さくなってSNの悪いものになってしまう
　　⇒高感度(≒高SN)で、斜め光入射にも強い撮像素子が必要
そして⇒1画素で3色感光出来たら、フルスペック8Kを単板で狙うのに1.3億画素なんて不要で画素ピッチも有利だよね
　　　　⇒有機撮像素子だったら出来るんじゃない？

　
　上の写真の上段及び左下の説明が、上記背景と昨年までの進捗(≒成果)です。
かいつまむと、

　①直積積層技術で、下から赤と緑の2層まで積層する試作を成功させた
　　その際の有機膜と絶縁膜を合わせた厚さは約10um
　　↑何umの画素ピッチのセンサを狙うかによるのですが、本研究の目的からすれば、最低でも5um□以下の画素ピッチのセンサを狙いたいはず。
(何故なら、フルサイズ画角で8Kセンサを作成すると、約5um□だから。本当はもっと小さいセンサにしたい)
　　狙いたい画素ピッチに対して、厚さ(フォトダイオード的に言うと深さ？)が10umというのは、まだ少々厚過ぎる感がありました。

　②有機膜は温度に弱い。他方TFT(←有機膜などの通電をON/OFFしたりする用の薄膜トランジスタ)の形成には高温が欲しい。
　　だから、TFTを低温(150℃)にて形成する技術を確立しました(上図左下部)。

以下TFT形成方法部拡大写真。

↑ただ、昨年は文字で「150℃の低温でTFT作製に成功しました」と書かれていただけで、ここまで詳細な内容は無かったです。
写真右上のIg-Vg特性で、”オゾンアニール”(？？詳細わかりません。オゾン雰囲気中でアニールする？？)なるものを150℃60分加えると、スイッチング特性が良くなっているという様なアピール図になっています。
もしかしたら、今年一年の成果なのかもしれません。



　で、以下からが今年の成果(＝この一年の進捗)の様です。

1)　(右下写真)　赤/緑/青の3色を直接積層技術によって積層することに成功しました
　また、積層totalの厚さ(一番下のREDの表面から一番上のBlueの表面まで)を5.8umに抑えることが出来ました。

　薄く積層可能になった理由が”適切な層間絶縁膜材料の探索に成功したから”ということの様です。(上写真左の、薄青くハッチされたところが新規に探索した材料。上の白いエポキシ樹脂というのが従来のものだと思われます)

　上の写真の右の積層断面を見ると、元々積層のtotalの厚さを決めていたのがどうやら層間絶縁膜。有機光電変換膜の厚さは元々微々たるもの。
なので、層間絶縁膜の厚さを薄く出来れば必然全体の厚さを抑えることが可能になったということの様です。

従来のエポキシ樹脂と新たに探索成功した”バッファー層＋窒化シリコン膜”の○×のメリット/デメリットを比較すると、
　今回適切な層間膜となった後者の膜は、前者のエポキシ樹脂に対して
●膜厚を薄くすることが可能となり
　そして
●成膜時の(有機膜への)ダメージが低減された
　といういいこと尽くめ(ただし、何故上記の様なメリットが出たのか聞き忘れました--;)


　やっと3色積層出来たことは喜ばしいことですね。
ただ「今3色積層したデバイス(センサ)を試作中です」展示員
とのことだったので(上記までは、ガラス基板上に膜形成できたという意味で、実際センサを作った訳ではなさそう)、
私「画素ピッチと画素数はいくらぐらいですか？」
展示員「100umピッチで1万画素前後です」
私「そうですか」(--;)テンションダウン
展示員「画素数や画素ピッチよりも、早く高感度なセンサが可能だと原理的に証明することを優先したいです。」


　まだまだですね～。
本来の目的からすれば、1um□画素ピッチ&8Kとかを最終的には狙いたいはずです。
一つ前のエントリの、結晶セレンの低電圧増倍膜センサは、既に3um□&60万画素で動画撮影デモが可能な試作までは出来ています。
難易度が異なるのかもしれませんが、同様な目的の研究で進捗の差異は(私的には)明白と言わざるを得ません。

　また
私「今後の課題は何ですか？」
展示員「暗電流(電極部分のブロッキング層の材料や積層法)と各色有機膜材料自体です(≒より効率の良い膜はないか？)。」

　前者の課題は2年前から同じことを話されていました。
また、後者は終わりの無い課題なのかもしれませんが、素人目にはこのテーマの最も根本的な課題の様にも聞こえます。

　ここからも先の長さを感じました。
途中でブレークスルーがあったり、技研がよりリソースを掛けて研究のペースアップをする時が来るのかもしれませんが、
このままのペースで研究が進んだ場合、私個人の感覚では後10年ではカメラに載るレベルには到達不能に思えます。

　製品の量産化が遅れ、液晶パネルの低価格化、低消費電力化、高画質化の進展の加速に負けて、TVの主役の座を取り損ねそうになっている有機ELパネルをふと思い出しました。

　そうこうしている内に、低電圧増倍膜などの既存(化合物を含)シリコンベースの撮像素子が、一段ブレークスルーして延命するかもしれません。または、富士&パナが単層有機膜センサの量産に近年中にこじつけ、ノウハウを蓄積して先に有機3層センサを製品化するかもしれません・・・

いずれにしても、第三者として研究内容のお話を聞いている分には毎年非常に楽しいのですが、当事者の立場になった気になると、非常に進捗的には先行き厳しい感を抱いてしまいます。
まあ、この手の高度な研究テーマで先行き道筋明瞭なものなどそうそう無いとは思いますが・・・


　最後におまけ。

↑まだ、今後優秀な役者に主役の座を奪われる可能性が高い、かりそめの主役、各色有機膜材料たち(^^;)