解決方案
小型相機想在感測器尺寸不變的情況下提高畫素,但縮小畫素會讓每個畫素收集到的光變少。顯而易見的答案是更好的訊號處理;更困難的答案則是改變光子的實際行進路徑。
Sony在2008年6月的發表指出,其背照式CMOS感測器原型採用1.75微米畫素、五百萬有效畫素,並以60 fps運作。與畫素尺寸相同的前照式Sony感測器相比,它宣稱靈敏度提升近兩倍,訊噪比改善+8 dB。
巧妙的做法在於結構。透過從矽基板背面照射,Sony減少了正面金屬線路與電晶體造成的遮光。接著,它用新的光電二極體、經最佳化的片上鏡頭與高精度對準,處理背面照射常見的劣化問題。
2010年,Sony表示Exmor R自2009年起已用於Sony數位影像產品,並發表採用相同背照式構想的手機感測器。
達成什麼
讓光從背面進入
為何有效
它在訊號變成雜訊資料之前,先解決了光學瓶頸。
這樣的設計保留了CMOS的低功耗與高速讀出等優勢。
背面進光讓小畫素更有用,而不只是變得更小。
解決暗電流、缺陷與混色問題,才讓實驗室結構變成可量產的相機零件。
可應用的啟示
當微型化讓每個元件都在爭奪同一塊表面時,就把堆疊改成三維設計問題。
後續發展
背照式CMOS成為高階手機與相機感測器的標準。Sony的Exmor R品牌讓消費者透過更好的低光照片,看見原本埋在內部的半導體堆疊。
追溯依據
參考來源
- Sony develops back-illuminated CMOS image sensor, realizing high picture quality, nearly twofold sensitivity and low noise Sony Group · sony.com ·
- Sony commercializes world's first 16.41 Megapixel Exmor R back-illuminated CMOS image sensors for mobile phones Sony Group · sony.com ·
- A 1/2.3 inch 10.3Mpixel 50frame/s back-illuminated CMOS image sensor IEEE International Solid-State Circuits Conference · doi.org