CMOS图像传感器如何工作？
文章：九孔in-chul
CMOS图像传感器是如何工作的，哪些工艺技术在其发展中起重要作用?
CMOS图像传感器(CIS)技术的创新不断增强数字成像领域。虽然智能手机制造商利用增强的拍照功能使其设备在竞争中脱颖而出，推动了需求，但汽车、安全、医疗和制造业的应用程序市场也在不断增长。
这种微小的CMOS图像传感器，在功能上可与人眼的视网膜相媲美，现在可以与以前只有大型、昂贵的摄像设备才能做到的功能相媲美。而且，与智能手机相比，新的应用程序更加强调推进CIS技术的必要性。
因此，而不是仅仅捕获用于观看人类的图像，CIS技术现在正在捕获从自主车辆和虚拟现实（VR）到下一代医学成像和高科技监视系统的新用例（VR）发电数据。
图1对先进CIS技术的需求来自于一系列的应用。来源:SK海力士
那么，要确保CIS的技术跟上对更先进应用的需求，需要做些什么呢?首先，让我们快速了解一下CIS技术是如何工作的。然后，我们将重点介绍CIS特有的五种需要持续改进的制造工艺技术。
CIS是如何工作的
在最基本的层面，CIS技术是任务的，通过将光从相机镜头转换为数字数据，以创建视图中的图片。当可见光波长范围为400至700nm的光能凝结在硅衬底的光电二极管（Pd）上时，CMOS图像传感器的硅表面接收光能以形成电子孔对。
在这个过程中产生的电子通过浮动扩散(FD)转换成电压，然后通过模数转换器(ADC)转换成数字数据。这些数据被发送到处理器以创建一个数字描述，通常是一个图像，描述所看到的东西。
CIS制造技术
生产这种复杂的传感器需要特定的制造技术，可以分为五个类别。
1。深层PD形成过程技术
持续消费者对增强图像质量的需求导致如何提高移动式CI中的像素密度和分辨率的竞争，这反过来进一步加速了CIS过程技术的发展。为了在那里，需要进一步减少像素尺寸以在相同大小的芯片上容纳更多数量的像素。
图2.这张示意图显示了光电二极管的结构随像素大小的减小而变化。来源:SK海力士
深光电二极管对避免图像质量的恶化也是至关重要的。为了在小像素中确保足够的全井容量（FWC），它需要图案化和实现具有超出现有半导体存储器的难度级别的技术。为此，对于植入掩模工艺技术的高纵横比，可以阻挡高能离子植入的植入掩模工艺技术至关重要，这是在不断发展的比率的不断发展的行业趋势之后。
2。像素到像素隔离过程技术
当涉及到高清CIS时，该技术将彼此隔离彼此的关键是至关重要的。芯片制造商利用不同的隔离技术。使用较少开发的一个可以引入图像缺陷，例如颜色混合和颜色扩展。
随着像素的密度和分辨率越来越多地成为常见要求，隔离成为CIS市场中图像质量的重要标准。除此之外，还已知在隔离过程中发生问题，因此，由于这种原因，正在努力选择更好的设备并开发新食谱，以提高产量和产品质量。
3.滤色器阵列（CFA）工艺技术
滤色器阵列（CFA），CIS域唯一的进程，在半导体存储器过程中不常见。CFA工艺通常由滤色器（CF）组成，该滤光器（CF）将入射光滤波到红色，绿色和蓝色，用于每个波长范围和促进冷凝效率的微透镜（mL）。为了创造强大的图像质量，重要的是评估R / G / B颜色材料，并开发优化诸如形状和厚度等参数的技术。
最近，一系列高质量、高功能的CIS产品陆续发布;它们是基于Quad Bayer等技术，并辅之以CFA的基本形式。
图3.滤色片阵列由滤色片和微透镜组成。来源:SK海力士
4.叠片工艺技术
晶片堆叠(字面意思是将两个晶片连接在一起)是生产高像素和高清晰度CIS产品的一项重要技术。对于高像素CIS产品，像素阵列和逻辑电路是在单独的晶片上单独形成的，然后在过程中使用一种称为晶片键合(wafer bonding)的技术将其连接起来。
图4.晶片堆叠显著提高CIS能力。来源:SK海力士
由大多数CIS芯片制造商采用的晶圆堆叠技术在各种尺寸中不断发展。
5。CIS产量和质量控制技术
在CIS产品开发和批量生产过程中，金属污染的控制是最基本的要求之一。由于CIS产品对污染的敏感性是记忆产品的几倍，污染直接影响产品的产量和质量，因此需要采用各种污染控制技术。
除此之外，血浆损伤控制也是一个重要因素。由于由于在该过程中造成的损坏而发生诸如热像素的图像属性的恶化，因此精确地管理关键过程是必要的。
CIS的未来前景
可以毫不夸张地说，cis驱动的应用程序的有效性将由工艺技术决定。这些单独过程相互作用的方式也将发挥重要作用。仅仅优化制造过程的一个方面是不够的;它们必须经过优化，才能有机地相互补充。
然而，回报是巨大的。从制造、医疗保健服务到监控，几乎每个业务部门都可以利用新的CIS技术来改善运营。有了更丰富、更详细的世界观，所有行业的公司都将能够创造出更智能、更复杂的产品和服务，使其最终客户和整个社会受益。
本文最初发布经济日报。
在乔州州SK海力士CIS过程组长。
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