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 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.
