索尼利用全局快門功能和背照式像素結構，開發出堆疊式CMOS影像傳感器技術，以實現高成像性能和小型化
索尼公司
索尼半導體解決方案公司
日本，東京 - 索尼公司今天宣布已成功開發出一種堆疊式CMOS影像傳感器技術——Pregius S，運用索尼全局快門功能和背照式像素結構，可實現無失真的高成像性能和小型化。新的傳感器技術適用于制造、檢驗和物流等領域的工業設備，鑒于工業發展的趨勢，包括工廠智能化和自動化等，這些設備對精度和處理速度的要求更高。
索尼將在3月20日開幕的2019 Vision China中國（上海）國際機器視覺展覽會上介紹該項較新技術。
傳統的具備全局快門功能的CMOS影像傳感器將電荷信號臨時存儲在位于光電二極管旁邊的存儲區域中，以解決逐行讀取出現的時移所導致的圖像失真問題（焦平面失真）。在前照式CMOS影像傳感器中，形成光電二極管的硅襯底有一個布線層，這種結構的優點是易于形成一個遮光罩以保護臨時存儲在存儲區域中的電荷信號不會漏光。為此，傳統的具備全局快門功能的CMOS影像傳感器采用了前照式像素結構。然而光電二極管上面的布線阻礙了入射光，這在試圖使像素小型化時將產生問題。
為此，索尼開發了一種像素結構，在背照式結構上實現全局快門功能，具有高靈敏度特性，從而解決小型化的問題。通常當像素被小型化時，靈敏度和飽和度性能會下降，但索尼的新技術可以將像素尺寸減小至2.74μm，同時保持上述性能的表現力不變，從而實現比傳統的前照式CMOS影像傳感器* 1高出1.7倍的分辨率。這使其在制造、檢驗、物流等應用中，能夠在更廣泛的區域內、以更高的準確度測量和檢查物體。此外，由于背照式像素結構的布線布局自由度高，可達到約為傳統* 1型號2.4倍的高速度，因此有助于較明顯提高生產率，包括縮短測量和檢查過程的時間等。此外，傳感器的堆疊式結構使其可以安裝各種信號處理電路，它可以實現智能化的功能，例如僅對必要的測量和檢驗圖像區域進行信號處理，從而實現與傳統傳感器* 1相比更小的尺寸。這反過來也使其得以減輕后續處理的負荷并減少需要保留的數據量，從而有助于實現高效節能的系統。
未來，索尼將致力于開發配備該堆疊式CMOS影像傳感器的產品，其采用索尼全局快門功能和背照式像素結構，適用于各種工業應用和智能交通系統，包括開發安裝在該傳感器之上的用于信號處理電路的衍生產品。索尼計劃在2019年夏季或之后開始出貨樣品。
*1：使用該項技術對1.1英寸樣本進行比較，比較對象為索尼1.1英寸1200萬有效像素的前照式CMOS影像傳感器IMX253。
芯片的橫截面示意圖
傳統的具備全局快門功能的前照式影像傳感器
新開發的具備全局快門功能的背照堆疊式影像傳感器
主要特點
配備索尼全局快門功能和背照式像素結構，可實現無失真的高成像性能和小型化
索尼開發了一種像素結構，在背照式結構上實現全局快門功能，具有較靈敏度特性，從而實現高成像性能和小型化。通過將像素尺寸從傳統的*1 3.45μm縮小至2.74μm，同時保持靈敏度和飽和度性能不變，索尼實現了比傳統的1200萬像素*2的前照式CMOS影像傳感器*1高出1.7倍的分辨率，使其得以在更大范圍內、以更高的準確度進行測量和檢查。此外，得益于背照式像素結構高自由度的布線布局，它能達到約為傳統技術* 1的2.4倍的高速性能，因此有助于較明顯提高生產效率，例如縮短測量和檢查過程的時間。
*2：基于影像傳感器的有效像素規范方法
具有傳統結構的影像傳感器捕獲的圖像* 1（概念圖） （1200萬像素×3幀）
具有新結構的影像傳感器捕獲的圖像（概念圖） （2000萬像素×約4幀）
2）通過堆疊式結構實現小型化和高功能性
該傳感器的堆疊式結構使其可安裝各種信號處理電路，從而有助于CMOS影像傳感器實現小型化和更強的功能。它具備數據優化功能（智能ROI、自觸發、壓縮處理、合成等），可從圖像數據中僅提取必要信息，與傳統傳感器相比* 1，在保持更小尺寸的同時，可減輕后續處理的負荷并減少需要保留的數據量，從而有助于實現較高效節能的系統。
未來，索尼將利用Pregius S技術為新興工業進一步增強和拓展其功能，其中包括開發可安裝在該傳感器之上的用于信號處理電路的衍生產品。
（本文譯自英文原文，供參考）
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