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Sony半導體(Sony Semiconductor Solutions Corporation)2021年12月，于IEEE會議上宣布成功開發(fā)世界上第一款具有雙層電晶體畫素的堆疊式CMOS影像感測器技術。傳統(tǒng)CMOS影像感測器的光電二極體和畫素電晶體一起併排在基板上，而Sony的新技術將光電二極體和畫素電晶體可以垂直堆疊于基板。與傳統(tǒng)影像感測器相比，這種新架構(gòu)大約增加了一倍飽和訊號位準(Saturation Signal Level)，擴大了動態(tài)范圍并降低雜訊，顯著提高成像性能。
堆疊式CMOS影像感測器架構(gòu)
Sony新技術的畫素結(jié)構(gòu)將使畫素能夠保持或改善其現(xiàn)有屬性，不僅是當前的，而且是更小的畫素尺寸。堆疊式CMOS影像感測器採用由畫素晶片組成的堆疊結(jié)構(gòu)，該畫素晶片由堆疊在形成訊號處理電路的邏輯晶片頂部的背照式畫素組成。在畫素晶片內(nèi)，用于將光轉(zhuǎn)換為電訊號的光電二極體和用于控制訊號的畫素晶體管彼此并排位于同一層上。在外形尺寸限制內(nèi)增加飽和訊號位準對于實現(xiàn)具有高動態(tài)范圍的高解析影像非常重要。
Sony的新架構(gòu)是堆疊CMOS影像感測器技術的進步。利用其專有的堆疊技術，Sony將光電二極體和畫素電晶體封裝在單獨的基板上，一層一層堆疊。相比之下，在傳統(tǒng)的堆疊式CMOS影像感測器中，光電二極體和畫素電晶體并排放置在同一基板上。新的堆疊技術允許採用能夠優(yōu)化光電二極體和畫素電晶體層的架構(gòu)，使飽和訊號位準相對于傳統(tǒng)影像感測器大約增加一倍，進而擴大動態(tài)范圍。
雙層電晶體畫素堆疊式CMOS影像感測器垂直角度架構(gòu)
另外，因為除了傳輸門(TRG)之外的畫素電晶體，包括復位晶體管(RST)、選擇晶體管(SEL)和放大器晶體管(AMP)，占據(jù)了無光電二極體層，所以放大器晶體管的尺寸可以增加。通過增加放大器晶體管的尺寸，Sony大幅降低了夜間和其他黑暗位置圖像容易產(chǎn)生的雜訊。
這項新技術提供的更寬的動態(tài)范圍和降噪功能將防止在結(jié)合明亮和昏暗照明(例如背光設置)的設置中曝光不足和過度曝光，即使在低光照條件下也能獲得高質(zhì)量、低噪聲的圖像(例如、室內(nèi)、夜間)設置。Sony將透過其雙層電晶體像素技術為智慧手機照片等越來越高解析的圖像做出貢獻。
