Slide_2020_07_12 by Yoshiaki Daimon Hagiwara

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これは、先日7月10日のSONY厚木テックで開催の
半導体OBの講演会開催に関して萩原からのお礼です。
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清水さんのご好意のもと、真有さんをはじめ
多くの方のご協力をいただき、今回の講演会
の開催が無事実現することができ、本当に
ありがとうございます。

皆様の貴重なお時間をいただき、貴重なご質問
もいただき、萩原もさらに深く考えるチャンス
をいただき本当にありがたいでした。

萩原の希望は、SONYがこれからも消費者
に「感動」を創出し提供し続ける会社であって
ほしいです。


Image Sensorは文字どおり、自分のまわりの世界を
目で見て、こころでイメージすることです。

どの様に人間のこころに外の世界をとらえるのが
日本のカタカナの「イメージ」の意味と萩原は
思っています。それが本当のイメージセンサー、
「賢い電子の目」であると期待します。

そのためには梅林さんが発明開発しSONYの
みなさんが育てた開発生産技術の結晶(製品)は
世界の人類への最高の贈り物でありSONYがこれ
からさらに躍進するチャンスだと信じています。


話が脱線ばかりして申し訳ありません。

お話の補足となりますが、以下の内容は皆様には
周知情報としてお話の目的からずれている感じ
昨日の講演では言及しませんでしたが昨日の萩原
の話は以下の内容を前提としてお話を初めてしま
いました。そのため期待はずれと感じた聴講者の
方もおられたと思いますが、詳細な「教材」は
以下のWEBに掲載しております。また機会が
ありましたら、「デジタル回路の世界」の本の
内容を詳細に説明しる「勉強会」などで説明
できればと希望しますが、「教材」は準備し
存在しますのでご自分で興味ある方は自習学習
されることをおねがいもうしあげます。Slideが
19枚までしか進まなかったことを深くおわび
いたします。119枚までは無理だと思っていま
したが、たったの19枚で時間切れとなり萩原
自身以外でした(大涙)。失礼しました。


●人類はまず石器(絶縁体)を使うことを学びました。
 シリコン酸化膜(SiO2)は電気をまったく通さない絶縁体です。

●人類は次に鉄器(金属)を使うことを学びました。
 金属(M)は電気(電荷)を通します。

●半導体(S)には Negative 電荷を持つ電子(electron)を通すN typeと、
 Positive 電荷をもつ正孔(hole)を通すP typeの半導体があります。

●科学者は炭素(C)の粉を棒状に固めると流れる、一定電圧(V)を
 かけると電流の(I)を制御できることを学びました。

●電圧(V)と電流(I)の比例定数を抵抗値(R)と定義しました。


●金属板と金属板を2枚使うとその間に電荷を蓄積することができる
 ことを人類は学びました。金属板2枚を電荷蓄積容量(C)として
 利用できることを学びました。

●抵抗体(R)だけの電子回路をStatic 回路と呼ぶ様になりました。
 一方、抵抗体(R)と容量(C)の組み合わせ回路を Dynamic回路
 と呼び区別するようになりました。RCは時間の単位を持ちます。

●人類はまず金属(M)と半導体(S)を接続してみて電流が流れる
 かどうかを調べました。すると一方方向の電圧では電流が流れるが
 電圧の符号をマイナスにすると電流が流れないことを発見しました。
 そこでこれは電流をながさないようにする壁(バリア)が存在する
 として最初に発見した人の名前にちなんでショトキーバリアを命名
 しました。

https://staff.aist.go.jp/shiro-hara/schottkytop.html 


その後人類は整流特性を持つ二極管真空管を発明し
PN接合を発明しました。そして三極管真空管の
電流増幅動作を小型半導体素子でも可能ではない
かと世界が探索さる中、ベル研の科学者は1947年
の暮れにPNP接合型トランジスタを発明しました。

すぐにそのPNP接合に光を照射して Static
Photo Transistor が発明されました。これは光信号
を応じて実行抵抗値Rを変調する画期的な発明
でした。

1960年代の後半には、PN接合を 逆バイアス
されて接合容量Cとして利用する Dynamic
PN 接合容量型の ITIC の DRAMが考案され
萩原の母校の先輩の Dr. Gordon Moore と
その会社の技術顧問をしていた Prof. C. A. Mead
は Intel 社を創設しました。 萩原はその時、
母校 Caltechの PhDの学生として、2人が
抱く夢「MOSが必ず勝つ」というお話をいや
という程聞かされた後輩学生の一人でした。

萩原はPhDの論文は埋め込み型CCDの数値計算に
よる動作解析でした。当時Intel社も世界中の企業も
あれだけ脚光を浴びたCCDはもう無用の長物扱い
でした。一番のNECKは大容量を駆動する消費電力
の問題でした。しかし、萩原は埋め込み型CCDなら
転送効率も99.999%近くあり残像のない映像が実現
することをISSCC1974の論文で強調しました。その
論文は発表の後、RCAの Walter Kosonocky や CCD
の発明者の Boyle とSmith も来て萩原の論文を大変
賞賛してくれました。

http://www.aiplab.com/P1974_ISSCC1974_CCD_Paper.jpg

https://www.nae.edu/19579/19581/51314/51339/188238/WALTER-F-KOSONOCKY-19311996

https://vlsisymposium.org/about/



1975年に萩原がPPDを発明するまではImage Sensorは  
CCDのMOS型の受光素子(SONYのICX008)
か、または 日立や日電のN+P接合型のダイオードを
受光素子としたものに光を照射したものでした。

萩原は1975にまず(1)このショトキーバリアに
光を照射して受光部として採用することを考案しました。

(2)同時にPNPN接合型のサイリスタ―に光を
照射して受光部として採用することを考案しました。

(3)PNPN接合はPNP接合とNPN接合の
融合体であることは周知でしたので、PNP接合
とNPN接合自体についての記載は KNOWHOW
になるものとして詳細に説明しませんでした。
半導体デバイス物理の専門家なら簡単に類推可能
な事実です。しかしこれが落とし穴になりました。
世界は、真実を誤解した素人さんの集合体でした。


世界はPNPN接合がPNP接合とNPN接合の
融合体であることを理解していない素人さんが
いっぱいいます。

PNP接合型受光素子をNECの寺西さんが
1980年に特許出願しました。

東芝の山田さんが1978年にNPN接合柄受光
素子を特許出願しました。

発明協会はNECの寺西さんの特許をもって
PPDの特許と誤解しました。

発明協会は東芝の山田さんのNPN接合をもって
VODの特許と現在誤解しています。

SONYのHADは PPD+VODとして
定義できます。この2つの発明が発明協会の
WEB記載通りでしたら、SONYのHAD
はNECと東芝の発明ということになります。

これは事実ではありません。

PPDもVODもとも萩原の1975年のPNPN接合
型受光素子に含む構造です。

そのことは、萩原の1975年特許の存在を理解して
いる科学者には、1975年時点では、半導体デバイス
物理の専門家の間では周知情報です。問題は知って
いた科学者がたいへん少なかったことでした。

発明協会は「素人さんが誤解してWEB掲載している」
ようですのでその訂正を今萩原はおねがいしています。

萩原は当時者ですので、その声を発明協会は聞く耳が
ありません。それで今萩原はたいへん困っています。

HADの発明はSONYの発明です。SONYの名誉
回復のためにもぜひSONYの仲間のご尽力を萩原は
SONYのOBとしておねがいもうしあげます。

また萩原の1975年のPPDの発明は将来は太陽電池
にも 超光感度 PPD Solar Cell として 現状の20%
から60%への量子効率の向上が期待できます。

それを現在学会に論文投稿しています。

清水さんのご好意のもと真有さんをはじめ
多くの方のご協力をいただき、今回の講演会
の開催が無事実現することができ、本当に
ありがとうございます。皆様の貴重なお時間
をいただき、貴重なご質問もいただき萩原も
さらに深く考えるチャンスをいただき本当に
ありがたいでした。


ぜひ、SONYの若手技術者にみなさんには
賢い電子の目の実現のためにその REAL TIME
の 画像認識用の Processorの開発に注力し
ていただき、世界に「感動」を与える「賢い
電子の目」の開発商品化に注力していただき
たいと切に萩原はSONYのOBとして応援
期待しております。萩原の夢をどうか実現し
世界に「感動」を与えるために一緒に努力を
これからもしていきたいと希望します。


昨日は本当にありがとうございました。


萩原良昭


PS  

質疑応答で 「将来の Image Sensorはどんな方向に進むか?」
との質問を受けましたが、とっさでいい解答ででませんでした。

人間の目が眼球構造です。その裏に網膜細胞膜が張りついています。
未来の Image Sensorもこういう構造に進化すると期待しています。

人間の目は、画像の中央だけすごい解像度があり回りはぼけて眼球
に映っています。人間の目は眼球にくっついた筋肉で常に眼球を
「回転」させて世界を見てSCANしています。それを脳の中の
記憶細胞が「全体像」を構築して非常に解像度の高い2次元情報、
いや3次元情報にして、脳を「理解」します。将来はそういう
人間の眼球に近い物理的な形状をした Image Sensorが開発される
ことを萩原は期待します。そのためには Rotary Encoder DSP
Chipが必要です。球の回転角度を検出してそれをデジタルDataに
変換するDSP Chip です。 Arc Tangent の TABLE Mapping
処理が必要となります。萩原はすでに 1995年当時、伊勢原の
ある SONY マグネスケール社(後にSONYが森精機に
売却した、残念だった)の技術者と SONY LSIの
技術者と共同でその DSP chipを開発商品化しています。それは
Fanux やいろいろな産業ロボット製造会社で今盛んに使用して
います。また半導体装置のStepper 露光装置の超微細動作移動や
位置決めに不可欠は DSP chipとなっています。これは人間の目
の眼球の回転制御にも可能です。その場合に不可欠な画像処理
にDFTの理論とそのデジタル回路の話を「デジタル回路の
世界」も本の最終章で簡単に解説しています。


(1) 従来の等間隔 DFT変換のsamplingの考え方

http://www.aiplab.com/image10.jpg



(2) 萩原が考案した非等間隔周波数成分変換方式

http://www.aiplab.com/image11.jpg


これを実現するプロセッサーをぜひSONYで
開発してもらいたいです。。。

詳細は萩原の著書の最終章を読んで頂きたいです。

未来のイメージセンサーに不可欠なデジタル回路エンジンの提案です。




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Pinned Photodiode must have the heavily doped channel stops nearby
and also completely buried signal charge collection and storage N region.
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In 1975, Sony proposed the Pinned surface PNP and PNPN junction type
dynamic phototransistor with the in pixel vertical overflow drain (VOD)
function for light detecting devices.

In 1978, Sony introduced one chip FT CCD image sensor with the Pinned
surface PNP junction type dynamic phototransistor which then became
the primary photodetector for CCD image sensors.

In 1984 Kodak called the Sony original Pinned surface PNP junction type
dynamic phototransistor simply as Pinnned Photodiode.

In 1987, Sony introduced a 2/3 inch, 380,000-pixel CCD image sensor
(ICX022) with the Pinned surface NPNP junction type dynamic Photo
Thryristor with VOD function which Sony then called simply as Hole
Accumulation Diode (HAD).

In the 1990s, the era of passport size video cameras demands compact
CCD image sensors with large numbers of pixels (1/2 inch or smaller
with 400,000 pixels or more).

In 1995, Kodak adopted Pinned Photodiode for CMOS image sensors.

Pinned Photodiodes, since invention by Sony in 1975, are still
the primary photodetector for CCD and CMOS image sensors now.

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