積み重ねられたCMOS、バック照らされたCMOSおよび従来のCMOSセンサーの違い
August 23, 2021
積み重ねられたCMOS、バック照らされたCMOSおよび従来のCMOSセンサーの違い
光電効果
光電効果の現象はHertzによって（頻度の単位は彼の名にちなんで名付けられる）発見されたが、光電効果であるアインシュタインによって正しく、軽い簡単に言えば説明されたまたはある特定の写真感光材料で照射されたときある特定の電磁波は電子を作り出す。
これは電気にライトを回し、光シグナルの変更は電気的信号の変更をもたらす。従って、人々は感光性要素を発明するのにこの主義を使用する。
私達がよく知られているをこと2つのタイプの感光性要素が、1つあるCCDがあり、他はCMOSである。早いCMOSはCCDより大いに悪かったが、技術の開発と、CMOSの質は今質的な跳躍を取り、CMOSは安く、よいパワー消費量の性能がある。
センサーの構造の技術
バック照らされる従来の（前部照らされた） CMOS （バック照らされて）
CMOS、積み重ねられたCMOS
プロセス相違
構造の最も大きく、基本的な相違のうそ。それはだけでなく、最終的なイメージ投射効果に影響を与える、またレンズおよびカメラのアルゴリズムであるCMOS。実際、高度の構造は必ずしもよりよくない、プロセスが（180nm液浸の石版印刷か500nm乾式食刻のような）および技術使用されるものをによって決まる（ソニー「Exmorのような」各コラムの平行独立したアナログCDS + DA変換+デジタルCDS画像的な騒音低減の読み出しのループ）。
優秀なプロセスおよび技術は持っているよりよい量子効率、固有の熱騒音、利益、完全で健康な充満、緯度、感受性をそれを作ることができ、CMOS.Underのより新しい構造を使用しないで他の主要経済指標は同じ技術および技能、低レベル全く押しつぶしている。人間の進歩はであり絶えず問題を発見し、解決する。バック照らされ、積み重ねられたCMOSの出現はまた前のCMOSのさまざまな問題を解決することである。
従来の（前部照らされた） CMOS
前部照らされ、バック照らされた横断面の比較アイコンを比較しなさい:
従来のCMOSは図の左側の「前部照らされた」構造であり、一般的なCMOSピクセルは次の部品で構成される:microlenses、オン破片の色フィルターは、ケーブル（回路の層）、フォトダイオードおよび基質に金属をかぶせる。ライトはピクセルに入るときオン破片レンズおよび色フィルターを通ることの後で、金属の配線の層を最初に通り、最終的にライトはフォトダイオードによって受け取られる。
マイクロ レンズ:それは一点に集中するCMOSの各々の物理的なピクセルの非常に小さいとつレンズライトである。
色フィルター:入射光の色はRGBモードで分解することができる。私達が時々聞くバイヤー整理はこれらのフィルターの整理である。最も古典的なRGGBの整理のような。
金属ケーブル:通常信号伝達のための複数の層が、主にある。
フォトダイオード:すなわち、CMOSのために、光電効果が行われるところ実質の感光性部分。
皆は金属が不透明で、ライトを反映できることがわかっている。従って、金属ケーブルの層のライトは部分的に妨げられ、反映される。ライトのプロセス限定、70%だけ以下が原因で金属回路の層を通ることの後でフォトダイオードに達する;そしてこの反射はそれの隣で混線ピクセルまたかもしれなく、色のゆがみをもたらす。（現在、中間および低価格のCMOSケーブルの層で使用される金属は比較的安くアルミニウム（Al）である、基本的に維持する全体の可視ライトバンド（380-780nm）のための約90%の反射力を
バック照らされたCMOS
前部照らされるのこれらの欠点が原因で、バック照らされたCMOSの設計は生じた。それはフォトダイオードの後ろにライトがフォトダイオードで直接照ることができるライトはほとんど妨害または干渉を用いるフォトダイオードにダウン状態にならないように、回路の層を置き。軽い稼働率は非常に高い、従ってバック照らされたCMOSセンサーはイメージの質低照度の環境でよりよい照射されたライトの使用とよりよい場合もある。
バック照らされたCMOSは低照度の環境でより高い感受性があるようにより高く軽い利用の効率があることができる。同時にライトを受け取るために回路がフォトダイオードに影響を与えないので、信号処理の速度の増加を助ける回路の層は回路をより処理して置くことができるようにより厚く作ることができる。
通常の前部照らされたセンサーによって比較されて、バック照らされたセンサーが装備されている装置は低照度の環境の約30%-50%の感受性を高めることができる従って低照度の環境の良質の写真かビデオを撃ってもいい。、騒音はより小さい。より豊富な処理回路はもっと大きデータの元のイメージ信号を処理できる。
積み重ねられたCMOS
積み重ねられたCMOSは移動式ターミナルのためのソニーのCMOSで最初に現われた。積み重ねの元の意思は全体のレンズ モジュールのサイズを減らすことではなかった。これはちょうど役得である。
CMOSの生産はCPUの生産に類似している。特別な写真平版機械はピクセル セクションおよび回路セクションを形作るためにシリコンの薄片をエッチングするように要求される。ピクセル区域はピクセルが植わる、処理ループはピクセルのこのグループを管理するもう一つの全面的な制御回路であるところであり。
1つは、ピクセル区域である
2つは、処理回路である
エッチングした場合、問題がある。携帯電話で一例として使用されるソニーの小さいCMOSを取りなさい。ピクセル区域の製造工程のために、それは使用単に理解することができる） 65nmプロセス（製造の正確さとしてできるが、回路が処理される区域のため、65nmプロセスは十分ではない。それが45nmプロセスを使用して製造することができれば処理回路のトランジスターの数は倍増することができる。このように、イメージはピクセルからより速く処理し、画像品質はよりよい場合もある。しかしエッチングはケイ素の同じ部分で行われるので、2つのプロセスを使用して製造することができない。
従ってこれら二つの区域が分かれていれば、ピクセル区域はシリコン チップに置かれ、65nmプロセスと、処理回路は45nmプロセスと製造された別のシリコン チップに置かれ製造される次に積み重なり、一緒に置かれると考えることは容易であり。この否定は解決する。これは積み重ねられたCMOSである。
1つは、ピクセル区域である
2つは、処理回路である
3つは、隠し場所である
積み重ねられた構造を使うと、私達は処理回路のより多くのトランジスターを得、最高速度を持ってもいい。従って、達成し易くなかった改善およびHDRは今非常に共通になっている。読む速度はまたより速くなった、従ってゼリーの効果はより小さい。さらに、ピクセル区域および処理回路以来区域は、ピクセル区域より大きく作ることができる積み重なる。
さらに、積み重ねの使用はある特別な技術を持って来ることができる。例えば、バイヤー私達の共通の整理は大抵RGGBであり、映像の明るさはRGB色ライトの価値から明るさの同等化（Y=0.299R+0.587G+0.114B）による計算される。しかし積み重ねられた技術を使用して、人々は白にRGBが共通の赤くに、緑および青対応するバイヤー新しい整理RGBWを、W対応し、である明るさに敏感開発した。このように、センサーの低照度の感受性は非常に改善される。
積み重ねられ、バック照らされ、そして前部照らされて、この3つのタイプは別であり、下位関係がない。私達はバック照らされた技術を使用し、次に利点を最大にするのに積み重ねられた構造を使用してもいい。
アニーリング
ピクセルによって軽いコレクションの効率を改善するためには、光学導波管は導入される必要がある。光学導波管の乾式食刻プロセスの間に、シリコンの薄片およびピクセル区域は損なわれる。現時点で損傷からシリコンの薄片およびピクセル区域を回復するように、「焼きなましプロセス」と呼ばれる熱処理のステップは要求される。CMOS.Okayの全体のブロックを熱することは必要ここに問題来るである。そのような熱の後で、同じウエファーの処理回路はある特定の程度の損傷がなければならない。以前「造られた」コンデンサーの抵抗の価値は焼きなましの後で変わらなければならない。この損傷はならば持っている電気的信号の読み出しのある特定の影響をなる。このように、処理回路は横になっている間撃たれ、ピクセル区域の「アニーリング」は必要である。
もう一つの問題がある。現在移動式ターミナルのためのソニーによって造られるCMOSプロセスは65ナノメーターの乾燥した彫版である。この65ナノメーター プロセスはCMOSピクセル区域の「植わること」のために完全に十分である。
但し、65ナノメーターは」処理ループ区域を造る十分「ではない。回路を造ればのに30ナノメーター（実際に45nmプロセスに改善した）プロセスが使用することができればピクセル区域の重大な影響がある処理ループのトランジスターの数はほとんど倍増する。「教授」にまた質的な跳躍があり、画像品質は完全にそれに応じて改良する。しかし同じウエファーで作られるので、ピクセルおよびループ区域は同じプロセスでなされる必要がある。回路の処理:「!」苦しむ私のは常にである解決すれば同時に達成することができないそのような事を、それは大きい!従ってソニー エンジニアはウエファーの基質（主任のデビュー）の考えを思い付いた。この構造の図表を最初に見よう。元の処理回路はピクセル区域と同じウエファーで造られた。
処理回路をそこに置くことはどうですか。
最初に、熱することによってSOIと基質間の熱伝導性の相違が2を分けるのに使用されている。ピクセル区域は65nmプロセスの機械でなされ、処理ループはより高いプロセス（45nm）の機械でなされる。それからそれらをまとめれば、積み重ねられたCMOSは生まれた。2つの問題は上で出会った:①ピクセルが「アニールされる」とき、ループ区域は打撃にある。
②同じウエファーで製造されるプロセス限定場合の。解決するすべて!積み重ねられたタイプはだけでなく、バック照らされたタイプの利点を（ピクセル区域はまだバック照らされる）受継ぐが、また生産の限定そして欠陥を克服する。
処理ループの改善そして進歩が原因で、カメラはまたより多くの機能を、ハードウェアHDRのような、スロー モーションの射撃等提供できる。ピクセルおよび処理回路が分かれている場合、カメラのサイズはより小さくなるが、機能および性能は減らない、それはよりよい。ピクセル区域（CMOSのサイズ）は多くまたはより大きいピクセルを育てるためにそれに応じて拡大することができる。処理ループはまたそれに応じて最大限に活用される（重要な事柄は「焼きなまし」で撃たれない）。