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索尼:全球首發雙層電晶體畫素堆疊式 CMOS 影象感測器技術,擴大動態範圍並降低噪點

12 月 16 日訊息,今天,索尼半導體解決方案宣佈其已成功開發出全球首個雙層電晶體畫素堆疊式 CMOS 影象感測器技術,飽和訊號量約提升至 2 倍,使動態範圍擴大並降低噪點

傳統 CMOS 影象感測器的光電二極體和畫素電晶體分佈在同一基片,而索尼的新技術將光電二極體和畫素電晶體分離在不同的基片層。與傳統影象感測器相比,這一全新的結構使飽和訊號量約提升至原來的 2 倍,擴大了動態範圍並降低噪點,從而顯著提高成像效能。採用新技術的畫素結構,無論是在當前還是更小的畫素尺寸下,都能保持或是提升畫素現有的特性。

(傳統的)堆疊式 CMOS 影象感測器的堆疊式結構中,背照式畫素組成的畫素晶片堆疊在邏輯晶片之上,而訊號處理電路構成了邏輯晶片。在畫素晶片內,用於將光轉換為電訊號的光電二極體和用於控制訊號的畫素電晶體在同一基片層並列。在這樣的結構限制下,如何實現飽和訊號量的最大化,對實現高動態範圍、高影象質量的攝影具有重要作用。

索尼開發出的全新結構是堆疊式 CMOS 影象感測器技術的一項進步。索尼使用專有的堆疊技術,將光電二極體和畫素電晶體封裝在分離的基片上,一個堆疊在另一個上面。相比之下,在傳統的堆疊式 CMOS 影象感測器中,光電二極體和畫素電晶體並排位於同一基片上。新的堆疊技術支援採用可以獨立優化光電二極體和畫素電晶體層的架構,從而使飽和訊號量相比於傳統影象感測器增加約一倍,進而擴大動態範圍。

此外,因為傳輸門 (TRG) 以外的畫素電晶體,包括復位電晶體 (RST)、選擇電晶體 (SEL) 和放大電晶體 (AMP),都處於無光電二極體分佈這一層,所以放大電晶體(AMP)的尺寸可以增加。通過增加放大電晶體尺寸,索尼成功地大幅降低了夜間和其他昏暗場景下影象容易產生的噪點問題。

瞭解到,這項新技術使動態範圍擴大並降低了噪點,能避免在明亮和昏暗照明相結合的環境中(如背光環境)出現曝光不足和曝光過度的問題,甚至在低光(如室內、夜間)環境中也能得到高質量、低噪點的影象

索尼稱,將通過該技術為實現越來越高質量的成像,如智慧手機拍照做出貢獻。