12 月 16 日,索尼半导体解决方案宣布其已成功开发出全球首个双层晶体管像素堆叠式 CMOS 图像传感器技术,饱和信号量约提升至 2 倍,使动态范围扩大并降低噪点。

传统 CMOS 图像传感器的光电二极管和像素晶体管分布在同一基片,而索尼的新技术将光电二极管和像素晶体管分离在不同的基片层。与传统图像传感器相比,这一全新的结构使饱和信号量约提升至原来的 2 倍,扩大了动态范围并降低噪点,从而显著提高成像性能。采用新技术的像素结构,无论是在当前还是更小的像素尺寸下,都能保持或是提升像素现有的特性。

(传统的)堆叠式 CMOS 图像传感器的堆叠式结构中,背照式像素组成的像素芯片堆叠在逻辑芯片之上,而信号处理电路构成了逻辑芯片。在像素芯片内,用于将光转换为电信号的光电二极管和用于控制信号的像素晶体管在同一基片层并列。在这样的结构限制下,如何实现饱和信号量的最大化,对实现高动态范围、高图像质量的摄影具有重要作用。

索尼开发出的全新结构是堆叠式 CMOS 图像传感器技术的一项进步。索尼使用专有的堆叠技术,将光电二极管和像素晶体管封装在分离的基片上,一个堆叠在另一个上面。相比之下,在传统的堆叠式 CMOS 图像传感器中,光电二极管和像素晶体管并排位于同一基片上。新的堆叠技术支持采用可以独立优化光电二极管和像素晶体管层的架构,从而使饱和信号量相比于传统图像传感器增加约一倍,进而扩大动态范围。

此外,因为传输门 (TRG) 以外的像素晶体管,包括复位晶体管 (RST)、选择晶体管 (SEL) 和放大晶体管 (AMP),都处于无光电二极管分布这一层,所以放大晶体管(AMP)的尺寸可以增加。通过增加放大晶体管尺寸,索尼成功地大幅降低了夜间和其他昏暗场景下图像容易产生的噪点问题。

据了解,这项新技术使动态范围扩大并降低了噪点,能避免在明亮和昏暗照明相结合的环境中(如背光环境)出现曝光不足和曝光过度的问题,甚至在低光(如室内、夜间)环境中也能得到高质量、低噪点的图像。

索尼称,将通过该技术为实现越来越高质量的成像,如智能手机拍照做出贡献。