SAMSUNG的CMOS 图像传感器技术发展路线

SAMSUNG的CMOS 图像传感器技术发展路线 

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1、全新BSI技术三星高端背照CMOS发布

1.1时间：

    2010年09月08日

 

1.2新技术：

三星方面将此技术定义为“背面照度像素技术”，英文简写为BSI。其主要技术特点为感光元件背面搜集光线，而会置于顶部的光敏二极管来进行记录。这样的设计使得其在暗光条件下感光敏感度提升了30%左右。

相比于前面照度(FSI)，背面照明改为从像素的后面搜集光子，反转的架构也将光敏二极管转移到顶部，从而实现光电效率的最大化，因为光不会在穿过金属线、电介质层的时候分散而导致光子丢失。三星宣称，在同样大小的像素尺寸下，背面光照技术可将弱光敏感度提高30％，并有效控制色度亮度干扰，从而显著改进色彩和光电性能。

 

1.3该技术带来的好处：

Ø  在同样大小的像素尺寸下，背面光照技术可将弱光敏感度提高30％；

Ø  有效控制色度亮度干扰，从而显著改进色彩和光电性能；

Ø  获得更大面积的感光范围。

 

 

1.4该技术需解决问题：

Ø  背面照射技术容易发生像素间混色，三星正在另行研究应对措施；

Ø  在拍摄视频时，容易发生图像变形的现象；

Ø  目前基于BSI技术的CMOS成本还是比较高，三星正在使用低成本材料及提高生产工艺降低生产成本，最终的成果，我们拭目以待。

 

 

2. 三星开发出全球首款可同时输出RGB平面图像和距离图像的CMOS传感器

 

2.1时间：

    2012年02月19日-2012年02月23日

 

2.2新技术：

三星图像传感器部门开发的传感器在同一芯片上为RGB像素和ToF测距像素（Z像素）并行设置了各自的专用像素。由于RGB和测距使用不同的像素，因此，包括片上的滤光片在内，像素构造可以按照各自的用途进行优化，而且无需机械性地切换滤光片。

能获取RGB图像的距离图像传感器

三星电子开发出了只需一枚芯片即可拍摄到150万像素彩色图像的ToF型距离图像传感器（a）。因为近红外光能够穿透RGB像素区域（b），因此测距像素（Z像素）的实效面积是外观面积的3倍（c）。

　应用该技术的CMOS传感器设法使Z像素的有效尺寸达到了实际像素的3倍。在RGB像素的下层设置了势垒，使ToF用近红外光产生的光电子不朝向RGB像素。Z像素的PD一直延伸到比该势垒还要深的区域。另外，为获得量子效率，采用了异质外延层。

该传感器利用0.13μm工艺CMOS图像传感器技术制造。此次采用的是FSI（前照式）工艺，今后如果能利用BSI（背面照射）技术，可将量子效率提高至2倍。这是因为，BSI能更容易地防止ToF用近红外光对RGB像素造成混色（串扰）。

获得的距离图像示例

2.3该技术带来的好处：

Ø  CMOS芯片中，RGB成像与测距成像使用各自的专用像素，像素构造可以按照各自的用途进行优化；

Ø  同一块传感器可以同时用于拍摄平面RGB图像，也可以采集场景距离图像，可以实现手势输入装置的小型化等。另外，还有望使数码相机和摄像机等实现用于手势识别的距离图像测量功能；

Ø  距离图像传感器可以与三星自身的背面照射技术相结合，并能有效提高SNR，从而减少距离图像上的噪声、提高测距精度、延长测定距离。

 

2.4该技术需解决问题：

Ø  距离测量误差方面，ToF用LED的输出功率为0.92W时，在1～5m的距离内为1m以下，LED的输出功率为1.35W时，在可测量的整体范围内确保在1％以下。由此可见，虽然功率增加能降低测距误差，但也带来了较大的功耗，因此，三星还需要在测距精确度和功耗两方面提高相应技术，达到较好的平衡；

Ø  由于近红外光滤波器等的限制，传感器并不是严格地同时获得RGB平面图像和距离图像，而只是分时输出，所以如何实现两者的同时获取也是未来该技术可能的发展方向；

Ø  由于Z像素面积相对RGB像素面积大，所以目前距离图像的分辨率并不是太高，所以如何提高距离图像的分辨率也是该技术发展要面临的问题；

Ø  目前基于ToF测距的传感器价格普遍偏高，虽然三星发布的传感器并没有提供价格参考，但估计其售价相对一般CMOS图像传感器应该会高出不少，所以如何提高制作工艺和降低生产成本，也是该技术未来应用需要面对的问题。