La differenza fra il CMOS impilato, il CMOS retro-illuminato ed i sensori tradizionali di CMOS

La differenza fra il CMOS impilato, il CMOS retro-illuminato ed i sensori tradizionali di CMOS

Effetto fotoelettrico

Il fenomeno dell'effetto fotoelettrico è stato scoperto da Hertz (l'unità di frequenza è nominata dopo lui), ma è stato spiegato correttamente da Einstein.Simply ha messo, leggero o determinate onde elettromagnetiche produrranno gli elettroni una volta irradiate su determinati materiali fotosensibili, che è l'effetto fotoelettrico.

Questo i giri attaccano l'elettricità ed il cambiamento del segnale ottico determinerà il cambiamento del segnale elettrico. Di conseguenza, la gente usa questo principio per inventare l'elemento fotosensibile.

Ci sono due tipi di elementi fotosensibili che abbiamo una conoscenza di con, uno sono CCD e l'altro è CMOS. Il CMOS iniziale era molto peggiore del CCD, ma con lo sviluppo della tecnologia, la qualità del CMOS ora ha preso un salto qualitativo ed il CMOS è economico ed ha buona prestazione del consumo di energia.

tecnologia della struttura del sensore

CMOS (anteriore-illuminato) tradizionale, retro-illuminato (Retro-illuminato)

CMOS, CMOS impilato

Differenze trattate

Le più grandi e bugie di differenza più fondamentali in sua struttura. È non solo CMOS che colpisce l'effetto finale della rappresentazione, ma l'algoritmo della macchina fotografica ed anche della lente. Infatti, la struttura più avanzata non è necessariamente migliore, dipende da cui il processo è usato (quali litografia di immersione 180nm o incisione asciutta 500nm) e la tecnologia (quale Sony «Exmor» CD analogici indipendenti di ogni parallelo della colonna + conversione digitale ad analogo + ciclo iconico della lettura di riduzione di rumore di Digital CDS).

Il processo e la tecnologia eccellenti possono farlo hanno migliore efficienza di quantum, il rumore termico inerente, il guadagno, bene la tassa, la latitudine, la sensibilità ed altri indicatori chiave anche senza usando una più nuova struttura di CMOS.Under la stesse tecnologia ed arte, il più a basso livello effettivamente sta schiacciando. Il progresso umano è costantemente scoprente e risolvente i problemi. L'emergenza del CMOS retro-illuminato ed impilato è inoltre di risolvere i vari problemi del CMOS precedente.

CMOS (anteriore-illuminato) tradizionale

Confronti le icone a sezione trasversale anteriore-illuminate e retro-illuminate di confronto:

Il CMOS tradizionale è la struttura «anteriore-illuminata» sul lato sinistro della figura ed i pixel generali di CMOS sono composti di seguenti parti: microlenses, filtri colorati dal Su chip, cavo del metallo (strato del circuito), fotodiodi ed il substrato. Quando la luce entra nel pixel, dopo il passaggio tramite la lente ed il filtro colorato del su chip, in primo luogo attraversa lo strato dei collegamenti del metallo ed infine la luce è ricevuta dal fotodiodo.

Micro lente: È una lente convessa molto piccola su ogni pixel fisico del CMOS da convergere luce.

Filtro colorato: Il colore di luce incidente può essere decomposto nel modo di RGB. La disposizione che di Bayer a volte sentiamo è la disposizione di questi filtri. Quale la disposizione di RGGB più classica.

Cavo del metallo: Ci sono solitamente parecchi strati, pricipalmente per la trasmissione del segnale.

Fotodiodo: Cioè per il CMOS, la parte fotosensibile reale dove l'effetto fotoelettrico accade.

Ognuno sa che il metallo è opaco e può riflettere la luce. Di conseguenza, la luce nello strato del cavo del metallo parzialmente sarà bloccata e riflessa. Il dovuto alle limitazioni di processo, a soltanto 70% o a di meno della luce raggiunge il fotodiodo dopo il passaggio con lo strato del circuito del metallo; E questa riflessione può anche diafonia i pixel accanto, causando la distorsione di colore. (Attualmente, il metallo utilizzato nello strato medio ed inferiore del cavo di CMOS è relativamente a buon mercato di alluminio (Al), che mantiene basicamente una riflettività di circa 90% per l'intera banda leggera visibile (380-780nm)

CMOS Retro-illuminato

dovuto queste imperfezioni dell'anteriore-illuminato di, la progettazione Retro-illuminata di CMOS ha entrato in. Mette lo strato del circuito dietro il fotodiodo, di modo che la luce può direttamente splendere sul fotodiodo e la luce va giù al fotodiodo con quasi nessun'ostruzione o interferenza. Il grado di utilizzazione leggero è estremamente alto, in modo dal sensore retro-illuminato di CMOS può essere migliore con l'uso della luce irradiata, la qualità di immagine è migliore in un ambiente di basso illuminamento.

il CMOS Retro-illuminato può avere più alta efficienza leggera di utilizzazione, di modo che ha più alta sensibilità negli ambienti di basso illuminamento. Allo stesso tempo, perché il circuito non colpisce il fotodiodo per ricevere la luce, lo strato del circuito può essere fatto più densamente, di modo che elaborando i circuiti può essere disposto, che contribuisce ad aumentare la velocità di elaborazione dei segnali.

Rispetto ai sensori anteriore-illuminati comuni, i dispositivi forniti di sensori retro-illuminati possono aumentare la sensibilità di circa 30%-50% negli ambienti della basso luce, in modo da possono sparare le foto o i video più di alta qualità negli ambienti della basso luce. , Il rumore è più piccolo. Il circuito d'elaborazione più ricco può elaborare il segnale originale di immagine con una più grande quantità di dati.

CMOS impilato

Il CMOS impilato in primo luogo è comparso sul CMOS di Sony per i terminali mobili. L'intenzione originale di impilamento non era di ridurre la dimensione di intero modulo della lente. Ciò è appena un vantaggio collaterale.

La produzione del CMOS è simile alla produzione del CPU. Una macchina speciale di fotolitografia è richiesta per incidere la lastra di silicio per formare una sezione del pixel e una sezione di circuito. L'area del pixel è dove i pixel sono piantati ed il ciclo di elaborazione è un altro circuito di controllo globale che dirige questo gruppo di pixel.

1, è l'area del pixel

2, sono il circuito d'elaborazione

Nell'incidere, ci sarà un problema. Prenda il piccolo CMOS di Sony utilizzato nei telefoni cellulari come esempio. Per il processo di fabbricazione dell'area del pixel, può usare 65nm un processo (che può essere capito semplicemente come accuratezza fabbricante), ma per l'area dove il circuito è elaborato, il processo 65nm non è abbastanza. Se può essere fabbricato facendo uso del processo 45nm, il numero dei transistor sul circuito d'elaborazione può essere raddoppiato. In questo modo, l'immagine può essere elaborata più velocemente dai pixel e la qualità di immagine può essere migliore. Ma perché incisione è eseguita sullo stesso pezzo di silicio, non può essere fabbricata facendo uso di due processi.

Così è facile da pensare che se queste due aree sono separate, l'area del pixel sia disposta su un chip di silicio e sia fabbricata con un processo 65nm ed il circuito d'elaborazione è disposto su un altro chip di silicio, manifatturiero con un processo 45nm e poi sono impilate e messe insieme. Questa contraddizione è risolta. Ciò è CMOS impilato.

1, è l'area del pixel

2, sono il circuito d'elaborazione

3, sono il nascondiglio

Con una struttura impilata, possiamo ottenere più transistor nel circuito d'elaborazione ed avere una velocità più veloce. Di conseguenza, HDR e gli aggiornamenti, che non erano facili da raggiungere, ora stanno diventando molto comuni. La velocità di lettura inoltre è diventato più velocemente, in modo dall'effetto della gelatina è più piccolo. Inoltre, dall'area del pixel e dal circuito d'elaborazione l'area è impilata, l'area del pixel può essere allargata.

Inoltre, l'uso di impilamento può portare alcune tecnologie speciali. Per esempio, la nostra disposizione comune di Bayer è principalmente RGGB e la luminosità dell'immagine è calcolata dal valore della luce di colore di RGB con l'equazione di luminosità (Y=0.299R+0.587G+0.114B). Ma facendo uso della tecnologia impilata, la gente ha sviluppato una nuova disposizione RGBW di Bayer, dove il RGB corrisponde a rosso, verde comune e blu, W corrisponde a bianco ed è sensibile a luminosità. In questo modo, la sensibilità della basso luce del sensore notevolmente è migliorata.

Impilati, retro-illuminati ed anteriore-illuminati, questi tre tipi sono separati e non c'è relazione di subordinazione. Possiamo usare la tecnologia retro-illuminata e poi usare la struttura impilata per massimizzare i vantaggi.

Ricottura

Per migliorare l'efficienza della raccolta leggera dai pixel, le guide d'onda ottiche devono essere presentate. Durante il processo incidere a secco della guida d'onda ottica, la lastra di silicio e l'area del pixel saranno danneggiate. Attualmente, un punto di trattamento termico chiamato «processo di tempera» è richiesto per recuperare l'area della lastra di silicio e del pixel dal danno. È necessario da riscaldare l'intero blocco di CMOS.Okay, qui viene il problema. Dopo un tal calore, il circuito d'elaborazione sullo stesso wafer deve avere un determinato grado di danno. Il valore della resistenza del condensatore che «è stato costruito» nel passato deve essere cambiato dopo la tempera. Questo danno deve sia avrà certo impatto sulla lettura dei segnali elettrici. In questo modo, il circuito d'elaborazione è sparato mentre si riposa e «la ricottura» dell'area del pixel è necessaria.

C'è un altro problema. Il processo di CMOS attualmente sviluppato da Sony per i terminali mobili è incisione a secco di nanometro 65. Questo processo di nanometro 65 è completamente sufficiente per «la piantatura» dell'area del pixel di CMOS.

Tuttavia, 65 nanometri non è abbastanza «per sviluppare» l'area del ciclo di elaborazione. Se un processo di nanometro 30 (realmente ha migliorato al processo 45nm) può essere usato per sviluppare il circuito, quindi il numero dei transistor sul ciclo di elaborazione quasi si raddoppierà, che ha un impatto significativo sull'area del pixel. «L'insegnamento» inoltre avrà un salto qualitativo e la qualità di immagine definitivamente migliorerà di conseguenza. Ma perché sono fatte sullo stesso wafer, le aree del ciclo e dei pixel devono essere fatte nell'ambito dello stesso processo. Elaborazione del circuito: «È sempre me che soffre!» Una tal cosa che non può essere raggiunta allo stesso tempo, se è risolto, sarà grande! Così gli ingegneri di Sony hanno fornito l'idea del substrato del wafer (debutto del CAPO). Esaminiamo questo diagramma della struttura in primo luogo. Il circuito d'elaborazione originale è stato sviluppato sullo stesso wafer dell'area del pixel.

Come circa mettere il circuito d'elaborazione là?

In primo luogo, la differenza nella conducibilità termica fra il SOI ed il substrato è usata per separare i due riscaldando. L'area del pixel è fatta su una macchina con un processo 65nm ed il ciclo di elaborazione è fatto su una macchina con un più alto processo (45nm). Poi un ed il CMOS impilato nasceva. I due problemi hanno incontrato sopra:① Quando il pixel «è temprato», l'area del ciclo si trova nel colpo.

②Limitazioni trattate quando fabbricate sullo stesso wafer. Tutti risolti! Il tipo impilato non solo eredita i vantaggi del tipo retro-illuminato (l'area del pixel ancora retro-è illuminata), ma inoltre sormonta le suoi limitazioni e difetti nella produzione.

dovuto il miglioramento ed il progresso del ciclo di elaborazione, la macchina fotografica inoltre potrà svolgere più funzioni, quale l'hardware HDR, fucilazione del movimento lento ecc. Quando i pixel ed i circuiti di elaborazione sono separati, la dimensione della macchina fotografica diventerà più piccola, ma la funzione e la prestazione non diminuiranno, ma sarà migliore. L'area del pixel (la dimensione del CMOS) può essere ingrandetta di conseguenza per coltivare più o i più grandi pixel. Il ciclo di elaborazione inoltre sarà ottimizzato di conseguenza (la maggior parte della cosa importante non sarà sparata «nella tempera»).