CMOSイメージセンサは車載やマシンビジョン分野のセンシング用途において、機械の「目」としての役割を持ち、さらなる高性能化への要求は高まり続けています。
東北大学大学院工学研究科電子工学専攻の瀧澤康平大学院生と未来科学技術共同研究センター・大学院工学研究科の黒田理人教授らの研究チームは、露光期間中にフォトダイオード（PD）から溢れた光電荷を蓄積する横型オーバーフロー蓄積容量（LOFIC）（※１）を、画素毎に2段設けてダイナミックレンジ（※２）を拡大するとともに、光量に応じて適切な信号を読み出す光量適応信号選択機能を実現しました。さらにイメージセンサチップに3次元積層技術を適用し、前例のない単位面積当たりの飽和電子数（276.8 ke-/μm2）を達成しました。飽和電子数は広ダイナミックレンジ化や高い信号対雑音比（SNR）に結びつく指標であり、これらの技術を用いてダイナミックレンジ120dBのCMOSイメージセンサを開発しました。
本成果はCMOSイメージセンサの高性能化および、小型化や低消費電力化へ寄与することが期待されます。
開発技術の詳細は米国サンフランシスコで開催された国際会議 International Electron Devices Meeting（IEDM2025） において、2025年12月10日に発表されました。
（※１） LOFIC：横型オーバーフロー蓄積容量のこと。高照度時などイメージセンサに入射する光量が大きい場合には、光電変換で発生する電荷数が多くなりPDに蓄積し切れずにオーバーフローして捨てらる。このオーバーフロー電荷を大きな画素内容量に蓄積して信号電荷として使用することで、より広いダイナミックレンジが実現できる。
（※２）ダイナミックレンジ：イメージセンサで検出できる最も明るい光と最も暗い光の範囲を指す。明暗差が大きい被写体を撮影する際は、ダイナミックレンジが広いほど白飛びや黒つぶれを防ぐことができる。
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