ソニーは画素の背後にセンサーの配線を移し、カメラがより多くの光を取り込めるようにした

小型カメラはセンサーを大きくせずに画素数を増やそうとしたが、画素を小さくすると各画素が集める光の量が減ってしまった。明白な答えは信号処理の改善だったが、より難しい答えは光子の物理的な進路を変えることだった。

ソニーは2008年6月の発表で、試作した裏面照射型CMOSセンサーが1.75マイクロメートルの画素、有効500万画素、60fps動作を実現したと述べた。同じ画素サイズの表面照射型ソニーセンサーと比較して、感度はほぼ2倍、信号対雑音比は+8dBの改善を報告した。

巧妙だったのは構造面の工夫である。シリコン基板の裏面から光を照射することで、ソニーは表面側の金属配線やトランジスタによる遮光を低減した。そして裏面化に伴う通常の課題を、新しいフォトダイオード、最適化されたオンチップレンズ、高精度の位置合わせによって解決した。

2010年、ソニーはExmor Rが2009年以降ソニーのデジタルイメージング製品に搭載されてきたと述べ、同じ裏面照射の考え方を用いた携帯電話向けセンサーを発表した。

光を背面から入射させる

信号がノイズの多いデータになる前に、光学的なボトルネックに取り組んだ。

この設計は低消費電力や高速読み出しといったCMOSの利点を保った。

裏面からの入射により、小さな画素は単に小さくなるだけでなく、より有用なものになった。

暗電流、欠陥、色混ざりを解決することで、実験室レベルの構造を量産可能なカメラ部品に変えた。

微細化によってすべての構成要素が同じ表面を奪い合うようになったら、積層構造を三次元の設計問題として捉え直すことだ。

裏面照射型CMOSは高級スマートフォンやカメラのセンサーで標準となった。ソニーのExmor Rというブランドは、埋め込まれた半導体の積層構造を、低照度での写真品質向上を通じて消費者に可視化した。