Η διαφορά μεταξύ του συσσωρευμένου CMOS, του πίσω-φωτισμένου CMOS και των παραδοσιακών αισθητήρων CMOS

Η διαφορά μεταξύ του συσσωρευμένου CMOS, του πίσω-φωτισμένου CMOS και των παραδοσιακών αισθητήρων CMOS

Φωτοηλεκτρική επίδραση

Το φαινόμενο της φωτοηλεκτρικής επίδρασης ανακαλύφθηκε από τη Hertz (η μονάδα της συχνότητας ονομάζεται μετά από τον), αλλά εξηγήθηκε σωστά από Einstein.Simply που τέθηκε, τα φωτεινά ή ορισμένα ηλεκτρομαγνητικά κύματα θα παραγάγουν τα ηλεκτρόνια όταν ακτινοβολούνται σε ορισμένα φωτοευαίσθητα υλικά, το οποίο είναι η φωτοηλεκτρική επίδραση.

Αυτό μετατρέπεται ελαφρύ σε ηλεκτρική ενέργεια, και η αλλαγή του οπτικού σήματος θα επιφέρει την αλλαγή του ηλεκτρικού σήματος. Επομένως, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αυτήν την αρχή για να εφεύρουν το φωτοευαίσθητο στοιχείο.

Υπάρχουν δύο τύποι φωτοευαίσθητων στοιχείων ότι εξοικειωνόμαστε με, κάποιο είναι CCD και άλλος είναι CMOS. Το πρόωρο CMOS ήταν πολύ χειρότερο από CCD, αλλά με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η ποιότητα του CMOS έχει κάνει τώρα ένα ποιοτικό άλμα, και το CMOS είναι φτηνό και έχει την καλή εκτέλεση κατανάλωσης ισχύος.

τεχνολογία δομών αισθητήρων

Παραδοσιακό (μπροστινός-φωτισμένο) CMOS, πίσω-που φωτίζεται (πίσω-φωτισμένος)

CMOS, συσσωρευμένο CMOS

Διαφορές διαδικασίας

Η μεγαλύτερη και πιό βασική διαφορά βρίσκεται στη δομή της. Είναι όχι μόνο CMOS που έχει επιπτώσεις στην τελική επίδραση απεικόνισης, αλλά και τον αλγόριθμο φακών και καμερών. Στην πραγματικότητα, η πιό προηγμένη δομή δεν είναι απαραιτήτως καλύτερη, εξαρτάται από ποια διαδικασία χρησιμοποιείται (όπως η λιθογραφία βύθισης 180nm ή 500nm ξηρά χαρακτική) και τεχνολογία (όπως η Sony «Exmor» κάθε παράλληλο ανεξάρτητο ανάλογο στηλών CD + digital-to-analog μετατροπή + εικονικός βρόχος ανάγνωσης μείωσης θορύβου των ψηφιακών CD).

Η άριστες διαδικασία και η τεχνολογία μπορούν να το κάνουν να έχει την καλύτερη κβαντική αποδοτικότητα, τον έμφυτο θερμικό θόρυβο, το κέρδος, πολύ καλά τη δαπάνη, το γεωγραφικό πλάτος, την ευαισθησία και άλλους βασικούς δείκτες ακόμη και χωρίς χρησιμοποίηση μιας νεώτερης δομής CMOS.Under η ίδια τεχνολογία και η χειροτεχνία, το χαμηλότερο επίπεδο συντρίβει πράγματι. Η ανθρώπινη πρόοδος ανακαλύπτει συνεχώς και λύνει τα προβλήματα. Η εμφάνιση του πίσω-φωτισμένου και συσσωρευμένου CMOS πρόκειται επίσης να λύσει τα διάφορα προβλήματα του προηγούμενου CMOS.

Παραδοσιακό (μπροστινός-φωτισμένο) CMOS

Συγκρίνετε τα μπροστινός-φωτισμένα και πίσω-φωτισμένα διατομικά εικονίδια σύγκρισης:

Το παραδοσιακό CMOS είναι η «μπροστινός-φωτισμένη» δομή στη αριστερή πλευρά του αριθμού, και τα γενικά εικονοκύτταρα CMOS αποτελούνται από τα ακόλουθα μέρη: microlenses, φίλτρα χρώματος -τσιπ, καλώδιο μετάλλων (στρώμα κυκλωμάτων), φωτοδίοδοι και το υπόστρωμα. Όταν το φως εισάγει το εικονοκύτταρο, μετά από να περάσει μέσω του φακού -τσιπ και του φίλτρου χρώματος, περνά αρχικά μέσω του στρώματος καλωδίωσης μετάλλων, και τελικά το φως παραλαμβάνεται από τη φωτοδίοδο.

Φακός μικροϋπολογιστών: Είναι ένας πολύ μικρός κυρτός φακός σε κάθε φυσικό εικονοκύτταρο του CMOS για να συγκλίνει φως.

Φίλτρο χρώματος: Το χρώμα του συναφούς φωτός μπορεί να αποσυντεθεί στο RGB τρόπο. Η ρύθμιση Bayer που ακούμε μερικές φορές είναι η ρύθμιση αυτών των φίλτρων. Όπως η πιό κλασική ρύθμιση RGGB.

Καλώδιο μετάλλων: Υπάρχουν συνήθως διάφορα στρώματα, κυρίως για τη μετάδοση σημάτων.

Φωτοδίοδος: Δηλαδή για το CMOS, το πραγματικό φωτοευαίσθητο μέρος όπου η φωτοηλεκτρική επίδραση εμφανίζεται.

Ο καθένας ξέρει ότι το μέταλλο είναι αδιαφανές και μπορεί να απεικονίσει το φως. Επομένως, το φως στο στρώμα καλωδίων μετάλλων θα εμποδιστεί μερικώς και θα απεικονιστεί. Λόγω των περιορισμών διαδικασίας, μόνο 70% ή λιγότερος του φωτός φθάνει στη φωτοδίοδο μετά από να περάσει μέσω του στρώματος κυκλωμάτων μετάλλων Και αυτή η αντανάκλαση μπορεί επίσης λογομαχία τα εικονοκύτταρα δίπλα σε το, προκαλώντας τη διαστρέβλωση χρώματος. (Αυτή τη στιγμή, το μέταλλο που χρησιμοποιούνται στη μέση και το στρώμα καλωδίων χαμηλών σημείων CMOS είναι σχετικά φτηνό αργίλιο (Al), το οποίο διατηρεί βασικά μια ανακλαστικότητα περίπου 90% για την ολόκληρη ζώνη ορατού φωτός (380-780nm)

Πίσω-φωτισμένο CMOS

Λόγω αυτών των ανεπαρκειών μπροστινός-φωτισμένος, το πίσω-φωτισμένο σχέδιο CMOS μπήκε σε την ύπαρξη. Βάζει το στρώμα κυκλωμάτων πίσω από τη φωτοδίοδο, έτσι ώστε το φως μπορεί άμεσα να λάμψει στη φωτοδίοδο, και το φως πηγαίνει κάτω στη φωτοδίοδο με σχεδόν καμία παρεμπόδιση ή παρέμβαση. Το ελαφρύ ποσοστό χρησιμοποίησης είναι εξαιρετικά υψηλό, έτσι ο πίσω-φωτισμένος αισθητήρας CMOS μπορεί να είναι καλύτερος με τη χρήση του ακτινοβολημένου φωτός, η ποιότητα εικόνας είναι καλύτερη σε ένα περιβάλλον χαμηλός-έντασης φωτισμού.

Το πίσω-φωτισμένο CMOS μπορεί να έχει την υψηλότερη ελαφριά αποδοτικότητα χρησιμοποίησης, έτσι ώστε έχει την υψηλότερη ευαισθησία στα περιβάλλοντα χαμηλός-έντασης φωτισμού. Συγχρόνως, επειδή το κύκλωμα δεν έχει επιπτώσεις στη φωτοδίοδο για να λάβει το φως, το στρώμα κυκλωμάτων μπορεί να γίνει παχύτερο, έτσι ώστε περισσότερα κυκλώματα επεξεργασίας μπορούν να τοποθετηθούν, το οποίο βοηθά να αυξήσει την ταχύτητα επεξεργασίας σήματος.

Έναντι μπροστινός-φωτισμένων των συνηθισμένο αισθητήρων, οι συσκευές που εξοπλίζονται με τους πίσω-φωτισμένους αισθητήρες μπορούν να αυξήσουν την ευαισθησία περίπου 30%-50% στα περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού, έτσι μπορούν να πυροβολήσουν τις υψηλότερα φωτογραφίες ή τα βίντεο στα περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού. , Ο θόρυβος είναι μικρότερος. Το πλουσιότερο κύκλωμα επεξεργασίας μπορεί να επεξεργαστεί το αρχικό σήμα εικόνας με ένα μεγαλύτερο ποσό στοιχείων.

Συσσωρευμένο CMOS

Το συσσωρευμένο CMOS εμφανίστηκε αρχικά στο CMOS της Sony για τα κινητά τερματικά. Η αρχική πρόθεση δεν ήταν να μειωθεί το μέγεθος της ολόκληρης ενότητας φακών. Αυτό είναι ακριβώς ένα δευτερεύον όφελος.

Η παραγωγή του CMOS είναι παρόμοια με την παραγωγή της ΚΜΕ. Μια ειδική μηχανή φωτολιθογραφίας απαιτείται για να χαράξει την γκοφρέτα πυριτίου για να διαμορφώσει ένα τμήμα εικονοκυττάρου και ένα τμήμα κυκλωμάτων. Η περιοχή εικονοκυττάρου είναι όπου τα εικονοκύτταρα φυτεύονται, και ο βρόχος επεξεργασίας είναι ένα άλλο γενικό κύκλωμα ελέγχου που διαχειρίζεται αυτήν την ομάδα εικονοκυττάρων.

1, είναι η περιοχή εικονοκυττάρου

2, είναι το κύκλωμα επεξεργασίας

Κατά χάραξη, τη θα υπάρξει ένα πρόβλημα. Πάρτε το μικρό CMOS της Sony που χρησιμοποιείται στα κινητά τηλέφωνα για παράδειγμα. Για τη διαδικασία παραγωγής της περιοχής εικονοκυττάρου, μπορεί να χρησιμοποιήσει μια διαδικασία 65nm (που μπορεί να γίνει κατανοητή απλά όπως ακρίβεια κατασκευής), αλλά για την περιοχή όπου το κύκλωμα υποβάλλεται σε επεξεργασία, η διαδικασία 65nm δεν είναι αρκετή. Εάν μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τη διαδικασία 45nm, ο αριθμός κρυσταλλολυχνιών στο κύκλωμα επεξεργασίας μπορεί να διπλασιαστεί. Κατά αυτόν τον τρόπο, η εικόνα μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία γρηγορότερα από τα εικονοκύτταρα και η ποιότητα εικόνων μπορεί να είναι καλύτερη. Αλλά επειδή η χαρακτική εκτελείται στο ίδιο κομμάτι του πυριτίου, δεν μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας δύο διαδικασίες.

Έτσι είναι εύκολο να θεωρηθεί ότι εάν αυτές οι δύο περιοχές είναι χωρισμένες, η περιοχή εικονοκυττάρου τοποθετείται σε ένα τσιπ σιλικόνης και κατασκευάζεται με μια διαδικασία 65nm, και το κύκλωμα επεξεργασίας τοποθετείται σε ένα άλλο τσιπ σιλικόνης, που κατασκευάζεται με μια διαδικασία 45nm, και έπειτα συσσωρεύονται και τίθενται από κοινού. Αυτή η αντίφαση επιλύεται. Αυτό είναι συσσωρευμένο CMOS.

1, είναι η περιοχή εικονοκυττάρου

2, είναι το κύκλωμα επεξεργασίας

3, είναι η κρύπτη

Με μια συσσωρευμένη δομή, μπορούμε να πάρουμε περισσότερες κρυσταλλολυχνίες στο κύκλωμα επεξεργασίας και να έχουμε μια γρηγορότερη ταχύτητα. Επομένως, HDR και οι βελτιώσεις, που δεν ήταν εύκολο να επιτευχθούν, γίνονται τώρα πολύ κοινά. Η ταχύτητα ανάγνωσης έχει γίνει επίσης γρηγορότερη, έτσι η επίδραση ζελατίνας είναι μικρότερη. Επιπλέον, δεδομένου ότι η περιοχή εικονοκυττάρου και η περιοχή κυκλωμάτων επεξεργασίας συσσωρεύονται, η περιοχή εικονοκυττάρου μπορεί να γίνει μεγαλύτερη.

Επιπλέον, η χρήση της συσσώρευσης μπορεί να φέρει μερικές ειδικές τεχνολογίες. Παραδείγματος χάριν, η κοινή ρύθμιση Bayer μας είναι συνήθως RGGB, και η φωτεινότητα της εικόνας υπολογίζεται από την αξία του RGB φωτός χρώματος μέσω της εξίσωσης φωτεινότητας (Y=0.299R+0.587G+0.114B). Αλλά χρησιμοποιώντας τη συσσωρευμένη τεχνολογία, οι άνθρωποι έχουν αναπτύξει μια νέα ρύθμιση RGBW Bayer, όπου RGB αντιστοιχεί κοινός κόκκινος, πράσινος και μπλε, W αντιστοιχούν στο λευκό, και είναι ευαίσθητοι στη φωτεινότητα. Κατά αυτόν τον τρόπο, η ευαισθησία χαμηλού φωτισμού του αισθητήρα βελτιώνεται πολύ.

Συσσωρευμένοι, πίσω-φωτισμένοι, και μπροστινός-φωτισμένοι, αυτοί οι τρεις τύποι είναι χωριστοί και δεν υπάρχει καμία σχέση υπαγωγής. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την πίσω-φωτισμένη τεχνολογία, και να χρησιμοποιήσουμε έπειτα τη συσσωρευμένη δομή για να μεγιστοποιήσουμε τα πλεονεκτήματα.

Ανόπτηση

Προκειμένου να βελτιωθεί η αποδοτικότητα της ελαφριάς συλλογής από τα εικονοκύτταρα, οι οπτικοί κυματοδηγοί πρέπει να εισαχθούν. Κατά τη διάρκεια της ξηράς διαδικασίας χαρακτικής του οπτικού κυματοδηγού, η γκοφρέτα πυριτίου και η περιοχή εικονοκυττάρου θα βλαφθούν. Αυτή τη στιγμή, ένα βήμα θερμικής επεξεργασίας αποκαλούμενο «ανοπτώντας διαδικασία» απαιτείται για να ανακτήσει την περιοχή γκοφρετών και εικονοκυττάρου πυριτίου από τη ζημία. Είναι απαραίτητο να θερμαθεί ο ολόκληρος φραγμός CMOS.Okay, έρχεται εδώ το πρόβλημα. Μετά από μια τέτοια θερμότητα, το κύκλωμα επεξεργασίας στην ίδια γκοφρέτα πρέπει να έχει έναν ορισμένο βαθμό ζημίας. Την αξία αντίστασης του πυκνωτή που «έχει χτιστεί» στο παρελθόν πρέπει να αλλάξουν μετά από να ανοπτήσει. Αυτή η ζημία πρέπει είτε θα ασκήσει ορισμένη επίδραση στην ανάγνωση των ηλεκτρικών σημάτων. Κατά αυτόν τον τρόπο, το κύκλωμα επεξεργασίας πυροβολείται ξαπλώνοντας, και «ανοπτώντας» της περιοχής εικονοκυττάρου είναι απαραίτητο.

Υπάρχει ένα άλλο πρόβλημα. Η διαδικασία CMOS που χτίζεται αυτήν την περίοδο από τη Sony για τα κινητά τερματικά είναι ξηρά χάραξη νανομέτρων 65. Αυτή η διαδικασία νανομέτρων 65 είναι απολύτως ικανοποιητική για τη «φύτευση» της περιοχής εικονοκυττάρου CMOS.

Εντούτοις, 65 νανόμετρα δεν είναι αρκετό «να χτίσουν» την περιοχή βρόχων επεξεργασίας. Εάν μια διαδικασία νανομέτρων 30 (που αναβαθμίζονται πραγματικά στη διαδικασία 45nm) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χτίσει το κύκλωμα, κατόπιν ο αριθμός κρυσταλλολυχνιών στο βρόχο επεξεργασίας θα διπλασιαστεί σχεδόν, το οποίο έχει έναν σημαντικό αντίκτυπο στην περιοχή εικονοκυττάρου. «Να διδάξει» θα έχει επίσης ένα ποιοτικό πήδημα, και η ποιότητα εικόνων θα βελτιωθεί σίγουρα αναλόγως. Αλλά επειδή γίνονται στην ίδια γκοφρέτα, τα εικονοκύτταρα και οι περιοχές βρόχων πρέπει να γίνουν κάτω από την ίδια διαδικασία. Κύκλωμα επεξεργασίας: «Είναι πάντα εγώ που υποφέρω!» Ένα τέτοιο πράγμα που δεν μπορεί να επιτευχθεί συγχρόνως, εάν λύνεται, αυτό θα είναι μεγάλο! Έτσι οι μηχανικοί της Sony βρήκαν την ιδέα του υποστρώματος γκοφρετών (ΚΥΡΙΟ ντεμπούτο). Εξετάστε αυτό το διάγραμμα δομών πρώτα. Το αρχικό κύκλωμα επεξεργασίας στηρίχτηκε στην ίδια γκοφρέτα με την περιοχή εικονοκυττάρου.

Πόσο περίπου βάζοντας το κύκλωμα επεξεργασίας εκεί;

Κατ' αρχάς, η διαφορά στη θερμική αγωγιμότητα μεταξύ του SOI και το υπόστρωμα χρησιμοποιούνται για να χωρίσουν τα δύο με τη θέρμανση. Η περιοχή εικονοκυττάρου γίνεται σε μια μηχανή με μια διαδικασία 65nm, και ο βρόχος επεξεργασίας γίνεται σε μια μηχανή με μια υψηλότερη διαδικασία (45nm). Κατόπιν τους συνολικά, και το συσσωρευμένο CMOS γεννήθηκε. Τα δύο προβλήματα που αντιμετωπίζονται ανωτέρω:① Όταν το εικονοκύτταρο «ανοπτείται», η περιοχή βρόχων αφορά τον πυροβολισμό.

②Περιορισμοί διαδικασίας όταν κατασκευάζεται στην ίδια γκοφρέτα. Που λύνονται! Ο συσσωρευμένος τύπος όχι μόνο κληρονομεί τα πλεονεκτήματα του πίσω-φωτισμένου τύπου (η περιοχή εικονοκυττάρου είναι ακόμα πίσω-φωτισμένη), αλλά και υπερνικά τους περιορισμούς και τις ατέλειές του στην παραγωγή.

Λόγω της βελτίωσης και της προόδου του βρόχου επεξεργασίας, η κάμερα θα είναι σε θέση επίσης να παρέχει περισσότερες λειτουργίες, όπως το υλικό HDR, σε αργή κίνηση πυροβολισμός και ούτω καθεξής. Όταν τα εικονοκύτταρα και τα κυκλώματα επεξεργασίας χωρίζονται, το μέγεθος της κάμερας θα γίνει μικρότερο, αλλά η λειτουργία και η απόδοση δεν θα μειωθούν, αλλά θα είναι καλύτερο. Η περιοχή εικονοκυττάρου (το μέγεθος του CMOS) μπορεί να διευρυνθεί αναλόγως για να αυξηθεί περισσότερους ή τα μεγαλύτερα εικονοκύτταρα. Ο βρόχος επεξεργασίας θα βελτιστοποιηθεί επίσης αναλόγως (το σημαντικότερο πράγμα δεν θα πυροβοληθεί στη «ανόπτηση»).