三星2億像素3層堆棧式傳感器即將問世

據(jù)悉，三星即將發(fā)布一款3層堆疊式晶體管傳感器（2層模擬電路+1層數(shù)字電路），預計分為200MP（1/1.56"）、64MP（1/2.76"）、50MP（1/3.13"）三種型號，單像素面積為0.5um。其中，200MP型號的傳感器用于對標三星旗下HP2、HP9兩款傳感器，或許它會被用在三星S25系列中。

在過去10多年時間里，索尼一直是CMOS圖像傳感器技術領導者，先是用銅互連技術代替鋁互聯(lián)技術，接著是BSI代替FSI，堆棧式結構實現(xiàn)了傳感器集成大規(guī)模數(shù)字電路，2層晶體管像素技術可以視為堆棧式結構的進化。在2021年12月11日舉辦的IEEE國際電子設備會議上索尼宣布了該技術，其能夠將飽和信號量約提升至原來的2倍，擴大了動態(tài)范圍并降低噪點，從而顯著提高成像性能。

2層晶體管像素是負責光電轉換的光電二極管與控制信號的像素晶體管分離到不同硅片，這樣位于第一層硅片的光電二極管得以占據(jù)像素晶體管空間，在相同時間內能夠把更多光子轉換成電子。由于第二層硅片不用放置光電二極管，不但容納了除了像素晶體管之外的像素晶體管（包含復位晶體管、選擇晶體管和放大晶體管），而且擁有更多空間放置大尺寸放大晶體管，也就是獲得一個更強勁的ADC，這個ADC既可以用于提升傳感器讀取深度，也能用于提升畫質。

以IMX888為例，傳感器的大小為11.37x7.69mm，總像素為4800萬，單個像素間距為1.12um，每一個像素都采用左右光電二極管分列的結構，以實現(xiàn)PDAF對焦。整塊傳感器共有三片硅片構成，從微透鏡方向數(shù)起（圖中從下向上），分別是第一層CIS（CMOS Image Sensor）、第二層CIS以及ISP，其中第二層CIS與ISP之間通過最新的DBI CU連接起來（Direct Bond Interconnect CU，銅直接鍵合技術），不過兩層CIS是通過更為傳統(tǒng)的TSV（Through Silicon Via，硅通孔技術）互聯(lián)。

下圖是兩層CIS連接面的特寫，能夠清晰看到第二層CIS通過金屬觸點與第一層傳輸控制晶體管（TG）相連接，傳輸控制晶體管是少數(shù)保留在第一層CIS的像素晶體管。而且DTI（Deep Trench Isolation，深溝隔離）深度進一步加深，幫助更多光子進入了光電二極管。

換一個角度觀察，黃色方框是單個像素，可以清楚看到它由兩個子像素組成（雙光電二極管PDL與PDR），在像素晶體管放置到第二層CIS后，光電二極管能夠獲得更大的空間。

無論是從理論還是實測來看，2層晶體管像素技術提升畫質是相當有效的，不過堆棧式CMOS傳感器增加了至少一層硅片，相當于增大了面積，導致成本上揚，至今只有蘋果和三星采用堆棧式傳感器。2層晶體管像素堆疊式CMOS圖像傳感器使用三層硅片，導致成本進一步飆升，恐怕連蘋果也不愿意使用。

來源：機械之瞳 在此特別鳴謝

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