La diferencia entre el Cmos apilado, el Cmos detrás-iluminado y los sensores tradicionales del Cmos

August 23, 2021

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La diferencia entre el Cmos apilado, el Cmos detrás-iluminado y los sensores tradicionales del Cmos

Efecto fotoeléctrico

El fenómeno del efecto fotoeléctrico fue descubierto por Hertz (la unidad de frecuencia se nombra después de él), pero fue explicado correctamente por Einstein.Simply puso, ligero o ciertas ondas electromagnéticas producirán electrones cuando están irradiadas en ciertos materiales fotosensibles, que es el efecto fotoeléctrico.

Esto da vuelta a la luz en electricidad, y el cambio de la señal óptica causará el cambio de la señal eléctrica. Por lo tanto, la gente utiliza este principio para inventar el elemento fotosensible.

Hay dos tipos de elementos fotosensibles que somos familiares con, uno es CCD y el otro es Cmos. El Cmos temprano era mucho peor que el CCD, pero con el desarrollo de la tecnología, la calidad del Cmos ahora ha tomado un salto cualitativo, y el Cmos es barato y tiene buen funcionamiento del consumo de energía.

tecnología de la estructura del sensor

Cmos (delantero-iluminado) tradicional, detrás-iluminado (Detrás-iluminado)

Cmos, Cmos apilado

Diferencias de proceso

Las mentiras más grandes y más básicas de la diferencia de su estructura. Es no sólo el Cmos que afecta al efecto final de la proyección de imagen, pero el algoritmo también de la lente y de la cámara. De hecho, la estructura más avanzada no es necesariamente mejor, depende de lo que se utiliza el proceso (por ejemplo la litografía de la inmersión 180nm o la aguafuerte seca 500nm) y tecnología (tal como Sony “Exmor” cada análogo independiente paralelo de la columna CDS + conversión de digital a analógico + lazo icónico de la lectura de la reducción del nivel de ruidos de Digitaces CDS).

El proceso y la tecnología excelentes pueden hacerlo tienen mejor eficacia de quántum, ruido termal inherente, aumento, muy bien carga, latitud, sensibilidad y otros indicadores dominantes incluso sin usar una más nueva estructura de CMOS.Under la misma tecnología y artesanía, el más bajo están machacando de hecho. El progreso humano es constantemente de descubrimiento y que soluciona de problemas. La aparición del Cmos detrás-iluminado y apilado es también solucionar los diversos problemas del Cmos anterior.

Cmos (delantero-iluminado) tradicional

Compare los iconos seccionados transversalmente delantero-iluminados y detrás-iluminados de la comparación:

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El Cmos tradicional es la estructura “delantero-iluminada” en el lado izquierdo de la figura, y los pixeles generales del Cmos se componen de las piezas siguientes: microlenses, filtros de color del En-microprocesador, cable del metal (capa del circuito), fotodiodos y el substrato. Cuando la luz entra en el pixel, después de pasar a través de la lente del en-microprocesador y del filtro de color, primero pasa con la capa del cableado del metal, y finalmente la luz es recibida por el fotodiodo.

Lente micro: Es una lente convexa muy pequeña en cada pixel físico del Cmos a converger luz.

Filtro de color: El color de la luz de incidente se puede descomponer en modo del RGB. El arreglo de Bayer que oímos a veces es el arreglo de estos filtros. Por ejemplo el arreglo más clásico de RGGB.

Cable del metal: Hay generalmente varias capas, principalmente para la transmisión de la señal.

Fotodiodo: Es decir, para el Cmos, la parte fotosensible real donde ocurre el efecto fotoeléctrico.

Todo el mundo sabe que el metal es opaco y puede reflejar la luz. Por lo tanto, la luz en la capa del cable del metal será bloqueada y reflejada parcialmente. La deuda a las limitaciones del proceso, al solamente 70% o menos de la luz alcanza el fotodiodo después de pasar con la capa del circuito del metal; Y esta reflexión puede también interferencia los pixeles al lado de ella, causando la distorsión del color. (Actualmente, el metal usado en la capa media y inferior del cable del Cmos es relativamente barato de aluminio (Al), que mantiene básicamente una reflectividad del cerca de 90% para la banda ligera visible entera (380-780nm)

Cmos Detrás-iluminado

Debido a estos defectos de delantero-iluminado, el diseño Detrás-iluminado del Cmos entró en el. Pone la capa del circuito detrás del fotodiodo, de modo que la luz pueda brillar directamente en el fotodiodo, y la luz va abajo al fotodiodo con casi ninguna obstrucción o interferencia. La tarifa de utilización ligera es extremadamente alta, así que el sensor detrás-iluminado del Cmos puede ser mejor con el uso de la luz irradiada, la calidad de la imagen es mejor en un ambiente de la bajo-iluminación.

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el Cmos Detrás-iluminado puede tener eficacia ligera más alta de la utilización, de modo que tenga sensibilidad más alta en ambientes de la bajo-iluminación. Al mismo tiempo, porque el circuito no afecta al fotodiodo para recibir la luz, la capa del circuito se puede hacer más densamente, para procesando los circuitos poder colocar, que ayuda a aumentar la velocidad del tratamiento de señales.

Comparado con los sensores delantero-iluminados ordinarios, los dispositivos equipados de los sensores detrás-iluminados pueden aumentar la sensibilidad de cerca de 30%-50% en ambientes de baja luz, así que pueden tirar fotos o vídeos más de alta calidad en ambientes de baja luz. , El ruido es más pequeño. El circuito de proceso más rico puede procesar la señal original de la imagen con una mayor cantidad de datos.

Cmos apilado

El Cmos apilado primero apareció en el Cmos de Sony para los terminales móviles. La intención original del amontonamiento no era reducir el tamaño del módulo entero de la lente. Esto es apenas un beneficio añadido.

La producción de Cmos es similar a la producción de CPU. Una máquina especial de la fotolitografía se requiere para grabar al agua fuerte la oblea de silicio para formar una sección del pixel y una sección de circuito. El área del pixel es donde se plantan los pixeles, y el lazo de proceso es otro circuito de control total que maneja este grupo de pixeles.

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1, es el área del pixel

2, es el circuito de proceso

 

Al grabar al agua fuerte, habrá un problema. Tome el pequeño Cmos de Sony usado en teléfonos móviles como un ejemplo. Para el proceso de fabricación del área del pixel, puede utilizar un proceso 65nm (que se pueda entender simplemente como exactitud de fabricación), pero para el área donde se procesa el circuito, el proceso 65nm no es bastante. Si puede ser fabricado usando el proceso 45nm, el número de transistores en el circuito de proceso puede ser doblado. De esta manera, la imagen se puede procesar más rápidamente de los pixeles y la calidad de imagen puede ser mejor. Pero porque la aguafuerte se realiza en el mismo pedazo de silicio, no puede ser fabricada usando dos procesos.

Es tan fácil pensar que si se separan estas dos áreas, el área del pixel está puesta en un chip de silicio y fabricada con un proceso 65nm, y el circuito de proceso se pone en otro chip de silicio, manufacturado con un proceso 45nm, y después se apilan y se ponen juntas. Esta contradicción es resuelta. Éste es Cmos apilado.

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1, es el área del pixel

2, es el circuito de proceso

3, es el escondrijo

Con una estructura apilada, podemos conseguir más transistores en el circuito de proceso y tener una velocidad más rápida. Por lo tanto, HDR y las mejoras, que no eran fáciles de alcanzar, están llegando a ser muy comunes ahora. La velocidad de lectura también se ha convertido más rápidamente, así que el efecto de la jalea es más pequeño. Por otra parte, desde el área del pixel y el circuito de proceso se apila el área, el área del pixel se puede hacer más grande.

Por otra parte, el uso del amontonamiento puede traer algunas tecnologías especiales. Por ejemplo, nuestro arreglo común de Bayer es sobre todo RGGB, y el brillo de la imagen se calcula del valor de la luz del color del RGB con la ecuación del brillo (Y=0.299R+0.587G+0.114B). Pero usando tecnología apilada, la gente ha desarrollado un nuevo arreglo RGBW de Bayer, donde el RGB corresponde a rojo, verde común y azul, W corresponde al blanco, y es sensible al brillo. De esta manera, la sensibilidad de baja luz del sensor se mejora grandemente.

Apilados, detrás-iluminados, y delantero-iluminados, estos tres tipos son separados y no hay relación de la subordinación. Podemos utilizar la tecnología detrás-iluminada, y después utilizar la estructura apilada para maximizar las ventajas.

Recocido

Para mejorar la eficacia de la colección ligera por los pixeles, las guías de onda ópticas necesitan ser introducidas. Durante el proceso el grabar al agua fuerte seco de la guía de onda óptica, la oblea de silicio y el área del pixel serán dañadas. En este tiempo, un paso del tratamiento térmico llamado de “proceso recocido” se requiere para recuperar el área de la oblea y del pixel de silicio del daño. Es necesario calentar el bloque entero de CMOS.Okay, aquí viene el problema. Después de tal calor, el circuito de proceso en la misma oblea debe tener cierto grado de daño. El valor de la resistencia del condensador que “se ha construido” en el pasado debe ser cambiado después de recocer. Este daño debe sea tendrá cierto impacto en la lectura de señales eléctricas. De esta manera, se tira el circuito de proceso mientras que se acuesta, y el “recocido” del área del pixel es necesario.

Hay otro problema. El proceso del Cmos construido actualmente por Sony para los terminales móviles es grabado seco de 65 nanómetros. Este proceso de 65 nanómetros es totalmente suficiente para el “establecimiento” del área del pixel del Cmos.

Sin embargo, 65 nanómetros no son bastantes “para construir” el área del lazo de proceso. Si un proceso de 30 nanómetros (actualizó realmente al proceso 45nm) se puede utilizar para construir el circuito, después el número de transistores en el lazo de proceso casi doblará, que tiene un impacto significativo en el área del pixel. La “enseñanza” también tendrá un salto cualitativo, y la calidad de imagen mejorará definitivamente por consiguiente. Pero porque se hacen en la misma oblea, las áreas de los pixeles y del lazo necesitan ser hechas bajo mismo proceso. Proceso del circuito: “Es siempre yo que sufre!” ¡Tal cosa que no pueda ser alcanzada al mismo tiempo, si se soluciona, será grande! Los ingenieros de Sony subieron tan con la idea del substrato de la oblea (principio de BOSS). Miremos este diagrama de la estructura primero. El circuito de proceso original fue empleado la misma oblea que el área del pixel.

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¿Cómo sobre poner el circuito de proceso allí?

Primero, la diferencia en conductividad termal entre el SOI y el substrato es utilizada para separar los dos calentando. El área del pixel se hace en una máquina con un proceso 65nm, y el lazo de proceso se hace en una máquina con un proceso más alto (45nm). Entonces póngalos juntos, y el Cmos apilado nació. Los dos problemas encontraron arriba:① Cuando “se recuece” el pixel, el área del lazo miente en el tiro.

②Limitaciones de proceso cuándo fabricadas en la misma oblea. ¡Todos solucionados! El tipo apilado no sólo hereda las ventajas del tipo detrás-iluminado (el área del pixel todavía detrás-está iluminada), pero también supera sus limitaciones y defectos en la producción.

Debido a la mejora y al progreso del lazo de proceso, la cámara también podrá proporcionar más funciones, tales como hardware HDR, tiroteo de la cámara lenta y así sucesivamente. Cuando se separan los pixeles y los circuitos del proceso, el tamaño de la cámara llegará a ser más pequeño, pero la función y el funcionamiento no disminuirán, sino que será mejor. El área del pixel (el tamaño del Cmos) se puede agrandar por consiguiente para crecer más o pixeles más grandes. El lazo de proceso también será optimizado por consiguiente (la cosa más importante no será tirada en el “recocido”).