Rozszerzenie zakresu dynamicznego i zmniejszenie szumów dzięki około dwóch razy*1 większemu poziomowi nasycenia sygnału*2

*1: Na podstawie porównania obecnej matrycy obrazującej i nowej technologii wykorzystanej w matrycy obrazującej Sony CMOS BSI, w przeliczeniu na jeden mikrometr (μm) kwadratowy; 

*2: Maksymalny ładunek możliwy do zgromadzenia w jednym pikselu.

Firma Sony Semiconductor Solutions Corporation („Sony”) opracowała technologię pierwszej na świecie*1 warstwowej matrycy obrazującej CMOS (stacked CMOS) z pikselem z dwuwarstwowym tranzystorem. W przypadku standardowych matryc obrazujących CMOS fotodiody i tranzystory pikseli znajdują się na tym samym podłożu. Dzięki nowej technologii Sony fotodiody i tranzystory pikseli są umieszczone na różnych warstwach podłoża. Ta nowa architektura zapewnia około dwóch razy większy*2 poziom nasycenia sygnału*3 niż w standardowych matrycach obrazujących, rozszerza zakres dynamiki i zmniejsza szumy, a w rezultacie znacząco poprawia właściwości generowanego obrazu. Struktura pikseli w nowej technologii umożliwi utrzymanie lub poprawę obecnych właściwości nie tylko w pikselach o aktualnych rozmiarach, lecz także mniejszych.

Informację o tym przełomowym osiągnięciu firma Sony przekazała podczas konferencji IEEE International Electron Devices Meeting, która rozpoczęła się w sobotę 11 grudnia 2021 r.

■ Architektury warstwowych matryc obrazujących CMOS (stacked CMOS)

Dwa rodzaje czujników obrazu

Po lewej: Standardowa warstwowa matryca obrazująca CMOS; Po prawej: Warstwowa matryca obrazująca CMOS z dwuwarstwowymi tranzystorami w pikselach
Warstwowe matryce obrazujące CMOS mają konstrukcję, w której układ pikseli, złożony z pikseli w technologii BSI, jest nałożony na układ obwodów logicznych z uformowanymi obwodami przetwarzania sygnału. W samym układzie pikseli fotodiody zamieniające światło na sygnały elektryczne i tranzystory pikseli do sterowania sygnałami znajdują się obok siebie na tej samej warstwie. Zwiększenie poziomu nasycenia sygnału przy uwzględnieniu ograniczeń wymiarowych ma duże znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości i szerokiego zakresu dynamicznego.

Nowa architektura Sony stanowi postęp w technologii warstwowych matryc obrazujących CMOS. Wykorzystanie firmowej technologii tworzenia warstw pozwoliło umieścić fotodiody i tranzystory pikseli na osobnych, nałożonych na siebie podłożach.

W przypadku standardowych warstwowych matryc obrazujących CMOS fotodiody i tranzystory pikseli znajdują się obok siebie na tej samej warstwie. Nowa technologia nakładania pozwala wdrażać architektury ze zoptymalizowanymi warstwami fotodiod i tranzystorów pikseli. W rezultacie poziom nasycenia sygnału jest około dwóch razy wyższy niż w standardowych konstrukcjach, co przekłada się na szerszy zakres dynamiczny.

Co więcej, z wyjątkiem bramek TRG wszystkie tranzystory pikseli (RST, SEL i AMP) znajdują się w warstwie bez fotodiod. Pozwoliło to firmie Sony powiększyć tranzystory wzmacniające (AMP), a w rezultacie znacznie zmniejszyć szumy, na które narażone są obrazy rejestrowane nocą lub w ciemnym otoczeniu.

Rozszerzenie zakresu dynamicznego i zmniejszenie poziomu szumów zapobiegnie niedoświetlaniu i prześwietlaniu obrazów w sytuacji połączenia jaskrawego i słabego oświetlenia, na przykład na ujęciach pod światło. W rezultacie możliwa będzie rejestracja obrazów o wysokiej jakości, z małą ilością szumów, również w słabym oświetleniu (nocą, w pomieszczeniach itp.).

Technologia pikseli z dwuwarstwowymi tranzystorami pozwoli firmie Sony polepszyć jakość obrazu uzyskiwanego na przykład na zdjęciach ze smartfonów.

Przekrój matrycy obrazującej CMOS z dwuwarstwowymi tranzystorami w pikselach

O Sony Corporation

Sony Corporation jest podmiotem odpowiedzialnym w Sony Group za dział Electronics Products & Solutions (EP&S). Realizując wizję „dalszego zapewniania Kando i Anshin ludziom i społeczeństwu na całym świecie poprzez technologię i poszukiwanie nowych wyzwań”, Sony będzie opracowywać produkty i usługi z takich segmentów jak rozrywka i dźwięk w domu, obraz cyfrowy i telefonia komórkowa. Więcej informacji: http://www.sony.net/

Źródło: Informacja prasowa