A diferença entre o CMOS empilhado, o CMOS para trás-iluminado e sensores tradicionais do CMOS

A diferença entre o CMOS empilhado, o CMOS para trás-iluminado e sensores tradicionais do CMOS

Efeito fotoelétrico

O fenômeno do efeito fotoelétrico foi descoberto por Hertz (a unidade de frequência é nomeada após ele), mas foi explicado corretamente por Einstein.Simply pôs, claro ou determinadas ondas eletromagnéticas produzirão elétrons quando irradiadas em determinados materiais fotossensíveis, que é o efeito fotoelétrico.

Isto transforma a luz na eletricidade, e a mudança do sinal ótico causará a mudança do sinal elétrico. Consequentemente, os povos usam este princípio para inventar o elemento fotossensível.

Há dois tipos de elementos fotossensíveis que nós somos familiares com, um está CCD e o outro é CMOS. O CMOS adiantado era muito mais mau do que o CCD, mas com o desenvolvimento da tecnologia, a qualidade do CMOS tem tomado agora um pulo qualitativo, e o CMOS é barato e tem o bom desempenho do consumo de potência.

tecnologia da estrutura do sensor

CMOS (dianteiro-iluminado) tradicional, para trás-iluminado (Para trás-iluminado)

CMOS, CMOS empilhado

Diferenças do processo

As mentiras as mais grandes e as mais básicas da diferença em sua estrutura. É não somente o CMOS que afeta o efeito final da imagem latente, mas o algoritmo igualmente da lente e da câmera. De fato, a estrutura mais avançada não é necessariamente melhor, depende do que o processo é usado (como a litografia da imersão 180nm ou gravura a água-forte 500nm seca) e tecnologia (tal como Sony “Exmor” CD análogos independentes de cada paralela da coluna + conversão numérico-analógica + de ruído de Digitas CDS laço icônico do readout da redução).

O processo e a tecnologia excelentes podem fazê-lo têm a melhor eficiência de quantum, ruído térmico inerente, ganho, muito bem carga, latitude, sensibilidade e outros indicadores chaves mesmo sem usar uma estrutura mais nova de CMOS.Under a mesmas tecnologia e habilidade, o mais de baixo nível estão esmagando certamente. O progresso humano é constantemente de descoberta e de resolução problemas. A emergência do CMOS para trás-iluminado e empilhado é igualmente resolver os vários problemas do CMOS precedente.

CMOS (dianteiro-iluminado) tradicional

Compare os ícones de seção transversal dianteiro-iluminados e para trás-iluminados da comparação:

O CMOS tradicional é a estrutura “dianteiro-iluminada” no lado esquerdo da figura, e os pixéis gerais do CMOS são compostos das seguintes peças: microlenses, filtros de cor da Em-microplaqueta, cabo do metal (camada do circuito), fotodiodos e a carcaça. Quando a luz entra no pixel, após a passagem através da lente da em-microplaqueta e do filtro de cor, passa primeiramente com a camada da fiação do metal, e a luz é recebida finalmente pelo fotodiodo.

Micro lente: É uma lente convexa muito pequena em cada pixel físico do CMOS a convirgir luz.

Filtro de cor: A cor da luz de incidente pode ser decomposta no modo do RGB. O arranjo que de Bayer nós nos ouvimos às vezes é o arranjo destes filtros. Como o arranjo o mais clássico de RGGB.

Cabo do metal: Há geralmente diversas camadas, principalmente para a transmissão do sinal.

Fotodiodo: Isto é, para o CMOS, a parte fotossensível real onde o efeito fotoelétrico ocorre.

Todos sabe que o metal é opaco e pode refletir a luz. Consequentemente, a luz na camada do cabo do metal parcialmente será obstruída e refletida. A dívida às limitações do processo, a somente 70% ou a menos da luz alcança o fotodiodo após a passagem com a camada do circuito do metal; E esta reflexão pode igualmente interferência os pixéis ao lado dela, causando a distorção da cor. (Presentemente, o metal usado na camada média e baixo da gama do cabo do CMOS é relativamente barato de alumínio (Al), que mantém basicamente uma refletividade de aproximadamente 90% para a faixa clara visível inteira (380-780nm)

CMOS Para trás-iluminado

Devido a estes defeitos do dianteiro-iluminado, o projeto Para trás-iluminado do CMOS entrou ser. Põe a camada do circuito atrás do fotodiodo, de modo que a luz possa diretamente brilhar no fotodiodo, e a luz vai para baixo ao fotodiodo com quase nenhuma obstrução ou interferência. A taxa de utilização clara é extremamente alta, assim que o sensor para trás-iluminado do CMOS pode ser melhor com o uso da luz irradiada, a qualidade da imagem é melhor em um ambiente da baixo-iluminação.

o CMOS Para trás-iluminado pode ter uma eficiência clara mais alta da utilização, de modo que tenha uma sensibilidade mais alta em ambientes da baixo-iluminação. Ao mesmo tempo, porque o circuito não afeta o fotodiodo para receber a luz, a camada do circuito pode ser feita mais densamente, de modo que processando circuitos possa ser colocado, que ajuda a aumentar a velocidade do tratamento dos sinais.

Comparado com os sensores dianteiro-iluminados ordinários, os dispositivos equipados com os sensores para trás-iluminados podem aumentar a sensibilidade de aproximadamente 30%-50% em ambientes da luminosidade reduzida, assim que podem disparar em umas fotos ou em uns vídeos mais de alta qualidade em ambientes da luminosidade reduzida. , O ruído é menor. O circuito de processamento mais rico pode processar o sinal original da imagem com uma quantidade maior de dados.

CMOS empilhado

O CMOS empilhado apareceu primeiramente no CMOS de Sony para terminais móveis. A intenção original do empilhamento não era reduzir o tamanho do módulo inteiro da lente. Este é apenas um benefício lateral.

A produção de CMOS é similar à produção de processador central. Uma máquina especial da fotolitografia é exigida para gravar a bolacha de silicone para formar uma seção do pixel e uma seção de circuito. A área do pixel é o lugar onde os pixéis são plantados, e o laço de processamento é um outro circuito de controle total que controle este grupo de pixéis.

1, é a área do pixel

2, são o circuito de processamento

Ao gravar, haverá um problema. Tome o CMOS pequeno de Sony usado nos telefones celulares como um exemplo. Para o processo de manufatura da área do pixel, pode usar um processo 65nm (que pode simplesmente ser compreendido como a precisão de fabricação), mas para a área onde o circuito é processado, o processo 65nm não é bastante. Se pode ser fabricado usando o processo 45nm, o número de transistor no circuito de processamento pode ser dobrado. Desta maneira, a imagem pode ser processada mais rapidamente dos pixéis e a qualidade da imagem pode ser melhor. Mas porque gravura a água-forte é executada na mesma parte de silicone, não pode ser fabricada usando dois processos.

Assim é fácil pensar que se estas duas áreas são separadas, a área do pixel está colocada em um chip de silicone e fabricada com um processo 65nm, e o circuito de processamento é colocado em um outro chip de silicone, fabricado com um processo 45nm, e então são empilhadas e postas junto. Esta contradição é resolvida. Este é CMOS empilhado.

1, é a área do pixel

2, são o circuito de processamento

3, são o esconderijo

Com uma estrutura empilhada, nós podemos obter mais transistor no circuito de processamento e ter uma velocidade mais rápida. Consequentemente, HDR e as elevações, que não eram fáceis de conseguir, estão tornando-se agora muito comuns. A velocidade de leitura igualmente tornou-se mais rapidamente, assim que o efeito da geleia é menor. Além disso, desde a área do pixel e o circuito de processamento a área é empilhada, a área do pixel pode ser feita maior.

Além disso, o uso do empilhamento pode trazer algumas tecnologias especiais. Por exemplo, nosso arranjo comum de Bayer é na maior parte RGGB, e o brilho da imagem é calculado do valor da luz da cor do RGB com a equação do brilho (Y=0.299R+0.587G+0.114B). Mas usando a tecnologia empilhada, os povos desenvolveram um arranjo novo RGBW de Bayer, onde o RGB correspondesse a vermelho, verde comum e azul, W correspondem ao branco, e são sensíveis ao brilho. Desta maneira, a sensibilidade da luminosidade reduzida do sensor é melhorada extremamente.

Empilhados, para trás-iluminados, e dianteiro-iluminados, estes três tipos são separados e não há nenhum relacionamento da subordinação. Nós podemos usar a tecnologia para trás-iluminada, e então usar a estrutura empilhada para maximizar as vantagens.

Recozimento

A fim melhorar a eficiência da coleção clara por pixéis, os medidores de ondas óticos precisam de ser introduzidos. Durante o processo gravar seca do medidor de ondas ótico, a bolacha de silicone e a área do pixel serão danificadas. Neste tempo, uma etapa do tratamento térmico chamada “processo de recozimento” é exigida para recuperar a área da bolacha e do pixel de silicone do dano. É necessário aquecer o bloco inteiro de CMOS.Okay, vem aqui o problema. Após tal calor, o circuito de processamento na mesma bolacha deve ter um determinado grau de dano. O valor da resistência do capacitor que “foi construído” no passado deve ser mudado após o recozimento. Este dano deve ser ele terá algum impacto no readout de sinais elétricos. Desta maneira, o circuito de processamento é disparado ao encontrar-se para baixo, e o “recozimento” da área do pixel é necessário.

Há um outro problema. O processo do CMOS construído atualmente por Sony para terminais móveis é gravura seca de 65 nanômetros. Um este processo de 65 nanômetros é completamente suficiente para a “plantação” da área do pixel do CMOS.

Contudo, 65 nanômetros não são bastante “para construir” a área do laço de processamento. Se um processo de 30 nanômetros (promoveu realmente ao processo 45nm) pode ser usado para construir o circuito, a seguir o número de transistor no laço de processamento dobrará quase, que tem um impacto significativo na área do pixel. O “ensino” igualmente terá um pulo qualitativo, e a qualidade da imagem melhorará definidamente em conformidade. Mas porque são feitas na mesma bolacha, as áreas dos pixéis e do laço precisam de ser feitas sob o mesmo processo. Processando o circuito: “É sempre mim que sofre!” Tal coisa que não pode ser conseguida ao mesmo tempo, se é resolvido, será grande! Assim os coordenadores de Sony vieram acima com a ideia da carcaça da bolacha (princípio do CHEFE). Deixe-nos olhar primeiramente este diagrama da estrutura. O circuito de processamento original foi construído na mesma bolacha que a área do pixel.

Como sobre a colocação do circuito de processamento lá?

Primeiramente, a diferença na condutibilidade térmica entre o SOI e a carcaça é usada para separar os dois aquecendo. A área do pixel é feita em uma máquina com um processo 65nm, e o laço de processamento é feito em uma máquina com um processo mais alto (45nm). Una-os então, e o CMOS empilhado era nascido. Os dois problemas encontraram acima:① Quando o pixel “é recozido”, a área do laço encontra-se no tiro.

②Limitações do processo quando fabricadas na mesma bolacha. Tudo resolvido! O tipo empilhado herda não somente as vantagens do tipo para trás-iluminado (a área do pixel para trás-é iluminada ainda), mas igualmente supera seus limitações e defeitos na produção.

Devido à melhoria e ao progresso do laço de processamento, a câmera igualmente poderá fornecer e assim por diante mais funções, tais como o hardware HDR, tiro do movimento lento. Quando os pixéis e os circuitos do processamento são separados, o tamanho da câmera tornar-se-á menor, mas a função e o desempenho não diminuirão, mas será melhor. A área do pixel (o tamanho do CMOS) pode ser ampliada em conformidade para crescer mais ou pixéis maiores. O laço de processamento será aperfeiçoado igualmente em conformidade (a coisa a mais importante não será disparada no “recozimento”).