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by Yoshiaki Daimon Hagiwara



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この図が重要です。SONYの中研時代(1975から1980年)に
萩原は中研で一人でCCD Image SensorをCAD Tool (DSPLAY)
も自分で開発して設計していました。当時川名開発部長で
日本ではじめて高エネルギーにイオン打ち込み装置を導入
し、SONY中研は拡散とイオン打ち込みの両方の技術を
CCDのプロセスに併用していました。

萩原も当時中央研究所で自分で設計した Image Sensor
を自分でプロセスラインに入り、waferを流していました。
萩原が1971年と1973年の夏に2回厚木工場のBipolar製造
プロセスラインで実習した経験があったからです。

このP+の拡散を入れる前にまず酸化膜の Etching液に
Waferを浸してすぐに空気に触れる時間を最小限にして
すぐにP+の拡散炉にWaferを突っ込みP+層を形成
します。酸化膜の Etching液にWaferを浸した後しばらく
空気中に放置しますとすぐに酸化膜が 10 から50Å以上
形成されることがあり、金属コンタクト不良を経験した
苦い経験があります。せっかく長い間かかって流した
この工程で台無しです。



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また、アルミ配線形成の為にアルミ膜の蒸着待ちの時間
も後で重要な影響があるのを知りました。いろいろな
LOTが流れていて、順番待ちがありました。酸化膜の
Etching液にWaferを浸した後しばらく空気中に放置します
とすぐに酸化膜が 10 から50Å以上形成されることがあり、
金属コンタク不良を経験した苦い経験があります。せっか
く長い間かかって流したこの工程で台無しです。

いずれにせよ、これが当時萩原が理解していた、Intel社の
PMOS Transistorの断面図です。

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デジタル回路の設計者は、MASKを10枚以上設計する
必要があり、その為に プロセスの全工程を理解する
必要があり、恩師の Prof. C.A. Mead は萩原に手取り
足取り、その詳細を説明してくれました。これはIntel
社の重要な製造KNOWHOWでした。

それで萩原が当時デジタル回路を設計したのが、この
128 bitの高速並列 DATA Stream 比較処理回路でした。



このChipは、一発で感動しました。設計ミスがまったく
ありませんでした。Prof. C.A. Meadも Intel社に入社
してプロセスラインでの試作を手伝ってくれた先輩、
後に Intel社の副社長になった先輩もびっくりしました。
「Yoshi が設計した Chipが 設計ミスもなく完動した」
と皆で喜びました。論文は1976年にIEEEの学会誌に恩師
のProf. C.A. Meadを筆頭著者として発表しました。

発表が遅れてのは実際にこれは IBMの磁気テープの
サーチengineとして採用され、商品化と特許の手続きが
あったからだと理解しています。
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その後、1973年には萩原はPhDの研究となりましたが、
萩原は学生時代から ComputerのProgrammingや先輩
のPhDや研究者の実験集計し、論文の図を Conmputer
で作図して Plot する仕事を、学生アルバイトとして
それで生計を立てていました。NASA JPLでは国家予算
でIBM360の大型計算機が大きな部屋に何台もあり、
Caltechの構内では、CITRAN というCaltech独自の
computer 言語を使って学生たちも技術計算を今の
パソコン並みに便利に 大型 IBM360 汎用計算機を
time share で remote 端末で使っていました。


萩原もその computer を使って、 FORTRAN 言語で
codingして、当時脚光を浴びた、埋込み型CCDの
動作解析を 自分のPhDの論文のテーマにしました。



そして1974年の2月のその解析結果をPhiladelphiaで
開催のISSCC1974で発表しました。 XY空間と
時間軸Tの3次元での boundary 問題を数値計算で
した世界初めての Computer Graphicsの発表でした。

世界で初めて、 CCDの EMPTY POTENTIAL WELLの
概念図を大型計算機で数値計算して描いた、
Computer Graphicsの発表でした。それを16 mm Film にして
ISSCC1974の会場で放映しました。

NASA/JPLの Computer systemを使って 36 mm
film の3分の動画にしました。それを Holywood
の映画会社に行き、16 mm film に焼き直して、
ISSSCC1974の会場で放映しました。

この論文はCCDはもはや大容量メモリーとしては
消費電力が大きく期待できないと学会でも話題になり
もう企業には魅力がないというのが一般の認識でした
が、萩原は埋込み型CCDにする事により転送効率が
99.999%まで期待でき、Image Sensorとしての応用に
は期待できるというのが論文の結論でした。

これに RCAのWalter Kosonocky さんも ベル研
のCCDの開発者も喜んで  Author Interviewで萩原
に握手を求めました。記憶にありませんが、その会場
に Boyleさんも Smithさんもいたと思います。一緒に
お話したような記憶がありますがあまり確かではあり
ません。確かなのは、その後2人は1974年に埋め込み
型CCDのUSP特許を出願しました。それで後に
2人がノーベル賞をもらうことになりました。表面
型のCCDは転送効率が99.9%しかなく使いものには
なりません。埋込み型にして実用化ができました。

萩原はすぐに連想しました。当時はN+P接合の
受光素子でしたが、それをP+PN+P接合の
埋込型にすることにより実用ができると判断し
ました。萩原が最初に考案したPPDはP+NP
接合ではありません。P+PN+P接合でした。
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岩間さんは 1954年の第1回目のISSCC1954の2月に
出席しました。当時は萩原はまだ5歳の幼児でした。

京都駅前の大丸百貨店の地下の食料店売り場を歩いて
いろいろわんちゃ坊主の後についていろいろと試食品
を物色していたころで、大人に後について行くと市電
に自由に乗れることを覚えて京都の市電を毎日乗り、
また、大人の後について行くで映画が無料で見られる
ことを知り、京都の町中の映画館を無料で見たい悪ガキ
でした。岩間さんは 1954年の第1回目のISSCC1954の
2月に出席しましが、その20年後にISSCC1974で萩原
は埋め込みCCDの将来性を強調した論文を発表し、
それが岩間さんの目に留まったようでした。

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SONYに1975年2月に入社したころ、SONYでは
CCDには金属電極があり光感度が悪いことで研究者が
困っていました。裏面照射で解決することは周知でした。
しかし、その技術がまだSONYにはありませんでした。

SONYは窓あCCDを考案し学会に発表していました。



また当時の撮像管のデバイス原理も萩原は学習しました。

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SONYは結局残像問題を解決するために 受光部も
CCDMOS容量型として、薄型のポリシリコン電極
を採用した ILT CCDを本命としていました。

萩原は CCDの設計者として ILT CCDも
FT CCDも両方を 一人で設計していました。

CCDは繰り返しが多いだけで設計の情報量はそれ程
多くありませんので1人で充分設計できるものでした。

これはSONYが初めて商品化に成功した 2 Chip
の ILT CCD image sensorです。 全日空の JUMBO
JETの Cock Pit に搭載され、撮像管や他社のN+P
接合型の受光素子では不可能な、残像のない、離着陸
の高速アクション映像が実現しました。



この写真は発明協会のWEBサイトにも掲載されています。
萩原が現役時代に設計したものです。大変うれしいです。
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P+NPN接合型の受光素子を萩原は1975年の
2月から3月にかけて自分のSONYのノートに
スケッチしていました。




基板に過剰電荷がはき出される様子を描いたいます。
これは PPD受光部がVOD機能を持つことを明示した図です。
実際は1977年には完全に取り残しなく信号電荷をはきだすことが
できることから「電子SHUTTERの機能」も期待できることを萩原
は1975年の2月~3月に理解していました。

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これがその拡大図です。



萩原が世界で初めて N+PNP 接合型  triple junction Type の サイリスタ―型
受光素子の発明者である証拠になります。この発明は1975年2月頃の発明でしたが
それをヒントに 1975年10月には JPA1975-127646 と JPA1975-127647の特許
を出願しました。そして1975年11月には JPA1975-134985 の特許を出願しました。
これらの特許出願は 萩原が世界で初めて Pinned Photodiodeを発明した証拠です。



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それを1975年11月にP+NPNsub接合型の
受光素子として特許出願しました。















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いずれは Image Sensor Storyとして 一般の文系の人でも
理解できる内容として、和文で本を一冊出版したいです。
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また、その英文も出版したいと希望しています。

本書にはDVDを教材としてつけたいです。

今回の7月10日に収録した講演の録画内容をもし可能なら
つけたいです。できばえ次第ですが、、

これは日本の半導体産業の再起に対して、人材育成は最重要
課題です。優秀な夢ある半導体技術者を育てることが萩原の
残り少ない人生の最大の使命と感じています。この歳まで
健康でいられて感謝感謝です。一緒に仕事をしてきた仲間や
先輩や萩原を守っていただいた、SONY TOPの方々、
SONY中研時代に萩原の親切に歓迎してくれた岩田三郎さん
や塚本さん、CCDの開発の職場の仲間の粂沢哲郎さん、CCD
のプロセスでたいへんお世話になった、阿部元昭さん、国分工場
立ち上げた小笠原さん、高橋本部長、山田中研所長、河野本部長、
SONYマグネスケールの仕事をいただいた森園副社長をはじめ、
大賀会長、岩間社長や、また、私とSONYの縁をつないでくれた、
大先輩の前田尚利先輩(前田多門の孫)や樋口先輩(樋口工場長
の息子さん)のお顔が浮かびます。

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この講演に関する参考図書
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(1) 人工知能パートナーシステム(AIPS)を支える「デジタル回路の世界」
    萩原良昭著 青山社 ISBN978-4-88359-339-2

(2) 「伝説ソニーの半導体」その栄光の軌跡そして未来への構図
  泉谷渉、川名喜之著 産業タイムズ社 ISBN978-4-88353-290-2 C3055

(3) 「イノベーションの成功と失敗」 武田 立、瀬戸篤著、
   同文館出版 ISBN978-4-495-38571-2

(4) 「技術の系統化調査報告」 国立科学博物館、
   Volume 29, March 2020, ISSN 2187-462X  

(5) 「ソニー初期の半導体開発記録」 企業戦略と発展の原動力
    川名 喜之 著    美研プリンティング株式会社 (非売品)

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この講演のSlideの詳細解説文を掲載しています。

http://www.aiplab.com/Slide_Sony_Atsugi_Tech_2020_07_10.html

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Slide 001 ~Slide 119 まであります。

これから Slideの説明文を用意します。

来週の水曜日には準備できると思いますので、
聴講する方は事前に復習して、質問を1つ用意
してください。講義の間に、居眠り防止用に
聴講者に質問を聞きたいと思っています。。。

予習してください、これは大学の授業の延長です(笑顔)。。。

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hagiwara-yoshiaki@aiplab.com ( http://www.aiplab.com/ )

hagiwara@ssis.or.jp ( http://www.ssis.or.jp/en/index.html )

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