三星2億像素3層堆棧式傳感器即將問(wèn)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(yù)計(jì)分為200MP（1/1.56"）、64MP（1/2.76"）、50MP（1/3.13"）三種型號(hào)，單像素面積為0.5um。其中，200MP型號(hào)的傳感器用于對(duì)標(biāo)三星旗下HP2、HP9兩款傳感器，或許它會(huì)被用在三星S25系列中。

在過(guò)去10多年時(shí)間里，索尼一直是CMOS圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，先是用銅互連技術(shù)代替鋁互聯(lián)技術(shù)，接著是BSI代替FSI，堆棧式結(jié)構(gòu)實(shí)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(shù)可以視為堆棧式結(jié)構(gòu)的進(jìn)化。在2021年12月11日舉辦的IEEE國(guó)際電子設(shè)備會(huì)議上索尼宣布了該技術(shù)，其能夠?qū)柡?a target="_blank">信號(hào)量約提升至原來(lái)的2倍，擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍并降低噪點(diǎn)，從而顯著提高成像性能。

2層晶體管像素是負(fù)責(zé)光電轉(zhuǎn)換的光電二極管與控制信號(hào)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(shí)間內(nèi)能夠把更多光子轉(zhuǎn)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(fù)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(gè)更強(qiáng)勁的ADC，這個(gè)ADC既可以用于提升傳感器讀取深度，也能用于提升畫(huà)質(zhì)。

以IMX888為例，傳感器的大小為11.37x7.69mm，總像素為4800萬(wàn)，單個(gè)像素間距為1.12um，每一個(gè)像素都采用左右光電二極管分列的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)PDAF對(duì)焦。整塊傳感器共有三片硅片構(gòu)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(guò)最新的DBI CU連接起來(lái)（Direct Bond Interconnect CU，銅直接鍵合技術(shù)），不過(guò)兩層CIS是通過(guò)更為傳統(tǒng)的TSV（Through Silicon Via，硅通孔技術(shù)）互聯(lián)。

下圖是兩層CIS連接面的特寫(xiě)，能夠清晰看到第二層CIS通過(guò)金屬觸點(diǎn)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(jìn)一步加深，幫助更多光子進(jìn)入了光電二極管。

換一個(gè)角度觀(guān)察，黃色方框是單個(gè)像素，可以清楚看到它由兩個(gè)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(wú)論是從理論還是實(shí)測(cè)來(lái)看，2層晶體管像素技術(shù)提升畫(huà)質(zhì)是相當(dāng)有效的，不過(guò)堆棧式CMOS傳感器增加了至少一層硅片，相當(dāng)于增大了面積，導(dǎo)致成本上揚(yáng)，至今只有蘋(píng)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(dǎo)致成本進(jìn)一步飆升，恐怕連蘋(píng)果也不愿意使用。

來(lái)源：機(jī)械之瞳 在此特別鳴謝

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