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SONY全新堆疊式CMOS影像感測器技術介紹 2022-02-21

SONY開發出世界第一顆具有雙層晶體畫素的堆疊式CMOS影像感測器技術,傳統 CMOS影像感測器的光電二極管和畫素電晶體佔據於相同的基板上,SONY嶄新的製程技術則是將兩者分離配置在不同的基板。相較於傳統感光感測器,此種新架構大約增加了一倍的飽和信號準位,擴大了動態範圍同時減少雜訊的產生,顯著得提高成像時的性能。如此新技術的畫素結構將使畫素能夠具有保持或改善其當前現有屬性,不僅適用於當前的畫素而是即使更小的畫素尺寸也可望受惠。在2021年12月11日開始的IEEE國際電子設備會議上,SONY宣布了達成此一技術性的突破。

.堆疊式CMOS影像感測器架構

               
                 傳統堆疊式CMOS影像感測器(左)                        新開發雙層晶體畫素的堆疊式CMOS影像感測器(右)

現有的堆疊式CMOS影像感測器是採用由畫素晶片和邏輯電路晶片所組成的堆疊結構,其形式是由背照式畫素晶片堆疊在一處理影像訊號的邏輯電路晶片之上而成。在畫素晶片內,用於將光線轉換為電汽信號的光電二極體以及用於控制信號的畫素電晶體彼此並排位於同一層,進而在感光元件外形尺寸限制之內去增加飽和信號準位,對於實現具有寬動態範圍的優異影像品質起重要作用。
 
SONY的新架構是在堆疊式CMOS影像感測器技術的進化,利用其專有的堆疊技術,SONY將光電二極體和畫素電晶體封裝在各自獨立的基板,再層層堆疊其上。相比之下,傳統的堆疊式 CMOS 影像感測器,則是將光電二極體和畫素電晶體並排放置在同一基板上。新的堆疊技術允許採用能夠優化光電二極體和畫素電晶體的架構,致使飽和信號準位相對於傳統感光元件大約增加一倍,進而擴大動態範圍。
   
此外,由於除了傳輸閘(TRG)之外的畫素電晶體,另有重置電晶體(RST)、選擇電晶體(SEL)和放大器電晶體(AMP),改為配置在無光電二極體的區域,所以放大器晶體的尺寸可以增加。透過增加放大器晶體的尺寸,SONY得以大幅降低夜間與其他暗環境影像容易產生的雜訊。這項新技術所帶來的更寬廣動態範圍與降噪功能,在結合明亮和昏暗照明的影像參數中,將防止有曝光不足和過曝的問題產生,即使在低光照條件下也能獲得高品質、低雜訊的影像(例如、室內、夜間)。
 
SONY將藉由其雙層電晶體畫素技術,為實現智慧型手機照片配備高畫質的影像品質做出貢獻。
 
                                             雙層晶體畫素技術CMOS影像感測器的橫截面圖片

資料來源https://www.SONY-semicon.co.jp/e/news/2021/2021121601.html

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