Разница между штабелированным CMOS, назад-освещенным CMOS и традиционными датчиками CMOS
August 23, 2021
Разница между штабелированным CMOS, назад-освещенным CMOS и традиционными датчиками CMOS
Фото эффект
Явление фото эффекта было открыто Герцами (блок частоты назван после его), но правильно было объяснено Einstein.Simply положило, светлый или некоторые электромагнитные волны произведут электроны облучанный на некоторых фоточувствительных материалах, которое фото эффект.
Это поворачивает свет в электричество, и изменение оптически сигнала принесет около изменение электрического сигнала. Поэтому, люди используют этот принцип для того чтобы изобрести фоточувствительный элемент.
2 типа фоточувствительных элементов что мы знакомы с, один CCD и другой CMOS. Предыдущий CMOS был очень хуже чем CCD, но с развитием технологии, качество CMOS теперь принимало качественное перескакивание, и CMOS дешев и имеет хорошее проведение расхода энергии.
технология структуры датчика
Традиционный (передн-освещенный) назад-освещенный CMOS, (Назад-освещенный)
CMOS, штабелированный CMOS
Отростчатые разницы
Самые большие и самые основные лож разницы в своей структуре. Не только CMOS который влияет на окончательное отображая влияние, но алгоритм также объектива и камеры. На самом деле, более предварительная структура обязательно более не лучшая, она зависит от чего использован процесс (как литографирование погружения 180nm или сухое вытравливание 500nm) и технология (как Sony «Exmor» CD каждой параллели столбца независимые сетноые-аналогов + петля отсчета уменьшения цифров-к-сетноые-аналогов преобразование + шум цифров CDS иконическая).
Превосходные процесс и технология могут сделать его имеют лучшую эффективность суммы, своиственный термальный шум, увеличение, очень хорошо обязанность, широту, чувствительность и другие основные индикаторы даже без использования более новой структуры CMOS.Under такие же технология и мастерство, самое низкоуровневое действительно задавливают. Человеческий прогресс постоянн открывающ и разрешающ проблемы. Появление назад-освещенного и штабелированного CMOS также разрешить различные проблемы предыдущего CMOS.
Традиционный (передн-освещенный) CMOS
Сравните передн-освещенные и назад-освещенные взаимн секционные значки сравнения:
Традиционный CMOS «передн-освещенная» структура на левой стороне диаграммы, и общие пикселы CMOS составлены следующих частей: microlenses, цветные поглотители На-обломока, кабель металла (слой цепи), фотодиоды и субстрат. Когда свет входит в пиксел, после проходить через объектив и цветной поглотитель на-обломока, он сперва проходит через слой проводки металла, и в конце концов свет получен фотодиодом.
Микро- объектив: Это очень небольшая выпуклая линза на каждом физическом пикселе CMOS, который нужно сойтись свет.
Цветной поглотитель: Цвет света случая можно разложить в режиме RGB. Расположение Bayer мы иногда слышим расположение этих фильтров. Как самое классическое расположение RGGB.
Кабель металла: Обычно несколько слоев, главным образом для передачи сигнала.
Фотодиод: То есть, для CMOS, реальная фоточувствительная часть где фото эффект происходит.
Каждый знает что металл непрозрачен и может отразить свет. Поэтому, свет в слое кабеля металла частично будет прегражен и будет отражен. Сбор к ограничениям процесса, только 70% или из света достигает фотодиод после проходить через слой цепи металла; И это отражение может также взаимные помехи пикселы рядом с ним, причиняющ искажение цвета. (В настоящее время, металл используемый в среднем и низкого уровня слое кабеля CMOS относительно дешево алюминиев (Al), который по существу поддерживает отражательную способность около 90% для всего диапазона видимого света (380-780nm)
Назад-освещенный CMOS
Должный к этим недостаткам передн-освещенный, Назад-освещенный дизайн CMOS пришел в быть. Он кладет слой цепи за фотодиодом, так, что свет сможет сразу посветить на фотодиоде, и свет идет вниз к фотодиоду с почти никакими затруднением или взаимодействием. Светлая норма использования весьма высока, поэтому назад-освещенный датчик CMOS может быть лучшим с пользой облученного света, качество изображения лучший в окружающей среде низко-освещённости.
Назад-освещенный CMOS может иметь более высокую светлую эффективность использования, так, что он будет иметь более высокую чувствительность в окружающих средах низко-освещённости. В то же время, потому что цепь не влияет на фотодиод для того чтобы получить свет, слой цепи можно сделать более толщиной, так, что обрабатывать цепи сможет быть помещено, который помогает увеличить скорость обработки сигнала.
Сравненный с обычными передн-освещенными датчиками, приборы оборудованные с назад-освещенными датчиками могут увеличить чувствительность около 30%-50% в окружающих средах низко-света, поэтому они могут снять более высококачественные фото или видео в окружающих средах низко-света. , Шум более небольшой. Более богатая обрабатывая цепь может обрабатывать первоначальный сигнал изображения с более большим количеством данных.
Штабелированный CMOS
Штабелированный CMOS сперва появился на CMOS Sony для мобильных терминалов. Первоначальное намерение штабелировать не было уменьшить размер всего модуля объектива. Это как раз побочный эффект.
Продукция CMOS подобна продукции C.P.U. Необходима, что вытравляет особенная машина фотолитографии кремниевую пластину для того чтобы сформировать раздел пиксела и раздел цепи. Зона пиксела где пикселы засажены, и петля обработки другая общая управляемая схема которая управляет этой группой в составе пикселы.
1, зона пиксела
2, обрабатывая цепь
Вытравляя, будет проблема. Примите CMOS Sony небольшой используемый в мобильных телефонах в качестве примера. Для процесса производства зоны пиксела, он может использовать процесс 65nm (который можно просто понять как изготовляя точность), но для области где цепь обработана, процесс 65nm нет достаточно. Если его можно изготовить используя процесс 45nm, то число транзисторов на обрабатывая цепи можно удвоить. Таким образом, изображение можно обрабатывать более быстро от пикселов и качество изображения может быть лучшим. Но потому что вытравливание выполнено на такой же части кремния, его нельзя изготовить используя 2 процесса.
Так легко думать что если эти 2 области отделены, то зона пиксела помещена на силиконовом чипе и изготовлена с процессом 65nm, и обрабатывая цепь помещена на другом силиконовом чипе, изготовленном с процессом 45nm, и после этого они штабелировано и положено совместно. Это несоответствие разрешено. Это штабелированный CMOS.
1, зона пиксела
2, обрабатывая цепь
3, тайник
Со штабелированной структурой, мы можем получить больше транзисторов в обрабатывая цепи и иметь более быструю скорость. Поэтому, HDR и подъемы, которые не были легки для того чтобы достигнуть, теперь будут очень общими. Читая скорость также становилась более быстро, поэтому влияние студня более небольшое. Кроме того, с зоны пиксела и обрабатывая цепи штабелирована зону, зона пиксела можно сделать более большим.
Кроме того, польза штабелировать может принести некоторые особенные технологии. Например, наше общее расположение Bayer главным образом RGGB, и яркость изображения высчитана от значения света цвета RGB через уравнение яркости (Y=0.299R+0.587G+0.114B). Но используя штабелированную технологию, люди начинали новое расположение RGBW Bayer, где RGB соответствует общие красному, зеленый и голубой, w соответствуют белизне, и чувствительны к яркости. Таким образом, чувствительность низко-света датчика значительно улучшена.
Штабелированный, назад-освещенный, и передн-освещенный, эти 3 типа отдельны и никакое отношение субординации. Мы можем использовать назад-освещенную технологию, и после этого использовать штабелированную структуру для того чтобы увеличить преимущества.
Отжиг
Для того чтобы улучшить эффективность светлого собрания пикселами, оптически волноводам нужно быть введенным. Во время процесса сухой вытравлять оптически волновода, будут повреждены кремниевая пластина и зона пиксела. В это время, необходим, что берет вызванный шаг термической обработки «обжигая процессом» зону кремниевой пластины и пиксела от повреждения. Необходимо нагреть весь блок CMOS.Okay, здесь приходит проблема. После такой жары, обрабатывая цепь на такой же вафле должна иметь некоторую степень повреждения. Значение сопротивления конденсатора который «был построен» в прошлом необходимо изменить после обжигать. Это повреждение должно быть им будет иметь некоторый удар по отсчету электрических сигналов. Таким образом, снята обрабатывая цепь пока лежащ вниз, и «отжиг» зоны пиксела необходим.
Другая проблема. Процесс CMOS в настоящее время построенный Sony для мобильных терминалов гравировка 65 нанометров сухая. Этот процесс 65 нанометров совершенно достаточен для «засаживать» зоны пиксела CMOS.
Однако, 65 нанометров нет достаточно «для построения» зоны петли обработки. Если процесс 30 нанометров (фактически модернизировал до процесса 45nm) можно использовать для построения цепи, то число транзисторов на петле обработки почти удвоит, которая имеет огромное воздействие на зоне пиксела. «Преподавательство» также будет иметь качественное перескакивание, и качество изображения определенно улучшит соответственно. Но потому что они сделаны на такой же вафле, зонам пикселов и петли нужно быть сделанным под таким же процессом. Обработка цепи: «Она всегда я который страдает!» Такая вещь которой нельзя достигнуть в то же время, если она разрешена, то она будет большая! Так инженеры Sony пришли вверх с идеей субстрата вафли (дебюта БОССА). Позвольте нам посмотреть эту диаграмму структуры сперва. Первоначальная обрабатывая цепь была построена на такой же вафле как зона пиксела.
Как о класть обрабатывая цепь там?
Во-первых, разница в термальной проводимости между SOI и субстратом использована для того чтобы отделить 2 путем нагревать. Зона пиксела сделана на машине с процессом 65nm, и петля обработки сделана на машине с более высоким процессом (45nm). После этого положите их совместно, и штабелированный CMOS был рожден. 2 проблемы столкнулись выше:① Когда «обожжен» пиксел, зона петли лежит в съемке.
②Отростчатые ограничения когда изготовленные на такой же вафле. Разрешенные все! Штабелированный тип не только наследует преимущества назад-освещенного типа (зона пиксела все еще назад-освещена), но также преодолевает свои ограничения и дефекты в продукции.
Должный к улучшению и прогрессу петли обработки, камера также будет обеспечить больше функций, как оборудование HDR, стрельба замедленного движения и так далее. Когда пикселы и цепи обработки будут отделены, размер камеры станет более небольшим, но функция и представление не уменьшат, но будет лучшее. Зону пиксела (размер CMOS) можно увеличить соответственно для того чтобы вырасти больше или более большие пикселы. Петля обработки также будет оптимизирована соответственно (большинств важная вещь не будет снята в «обжигать»).