小米的100万像素照相手机是头吗？探索高像素技术

然后，此技术的关键自然是使像素变小或使CIS变大. 实际上，这是十多年来市场的整体技术趋势. 研究所TechInsights计算了过去20年中手机/小型DC的图像传感器和像素尺寸趋势. 实际上，很容易看到像素越来越小. 我们甚至可以将像素大小视为图像传感器的迭代表示. 0CoEETC-电子工程专辑

实际上，无论是Sony的48百万像素还是Samsung的64百万像素/ 100百万CIS，像素间距都在0.8μm左右. 从这个角度来看，基于0.8-μm尺寸的100百万像素CIS实际上是对这一代技术的扩展，它看起来是相当合理的，而且并非纯粹引人注目. 然而，相应地，为了容纳如此多的像素，CIS的总尺寸逐渐增加. 索尼IMX586 48百万像素CIS尺寸为1/2英寸（可以简单地理解为对角线长度），三星GW1 64百万像素CIS尺寸为1 / 1.72英寸，而尚未问世的100百万像素CIS尺寸将是1 / 1.33英寸. 0CoEETC-电子工程专辑

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什么是1 / 1.33英寸？如图1所示. iPhone XS的相机CIS尺寸为1 / 2.55英寸，iPhone X为1/3英寸，索尼著名的黑卡RX100相机的CIS尺寸为1英寸. 实际上，5年前，高端DC仍使用1 / 1.7英寸CIS. 0CoEETC-电子工程专辑

尽管1 / 1.33英寸的尺寸与SLR /微型单片（例如上方橙色区域的全画幅）之间仍然存在一个数量级的差异，但在手机领域，相机怪兽如诺基亚808 Pureview被移除，三星的1亿像素1 / 1.33英寸CIS在尺寸上可以认为是独特的，并且更接近1英寸的小DC. 实际上，使CIS变大不仅意味着CIS的成本增加，而且相机（如镜头）的光学结构在成本方面也急剧增加，并且更难将技术应用于手机中. 正文-但这超出了本文的范围. 0CoEETC-电子工程专辑

另一方面，Cadence在今年的台积电2019年技术研讨会上报告说，像素尺寸今年将达到0.8μm，预计明年将下降至0.7μm. 实际上，根据我们最近获得的消息，三星LSI的CIS路线图，除了明年将增加0.7μm外，预计2021-2022年还将具有更高的像素CIS，并且像素大小可以减小到0.56μm/0.64微米0CoEETC-电子工程专辑

但是，作为半导体的边缘领域之一，图像传感器与数字IC仍然有很大的不同，其发展也没有遵循摩尔定律. 实际上，在许多情况下，较小的过程节点意味着较差的性能. 这在直观上也很容易理解: 像素用于光敏性，并且它收集的光子越多，图片就越好. 换句话说，像素越小，其灵敏度越差. 这实际上是造成单反相机与手机之间无法逾越的差距的主要原因. 0CoEETC-电子工程专辑

按像素收集光子的过程类似于将一个水盆（每个水盆是一个像素）放置在某个开放空间上（该开放空间类似于CIS）. 下雨时（拍照时），雨滴落入盆地（光子命中像素）. 在这里，我们仅将像素收集完整光子的能力定义为“全井容量”，即盆地可以容纳多少雨水. 0CoEETC-电子工程专辑

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当像素尺寸已经很小时，增加全阱容量的解决方案是增加“阱深度”或有源Si的厚度. 上图中的（2）表示“像素阱”的深度. 像素孔的设计要求工厂花费大量资金进行反复试验. 早先，在1.0μm像素时代，活性硅的厚度为2.5-2.7μm，现在已加深到3.9μm. 0CoEETC-电子工程专辑

事实上，即使是一些不喜欢高像素相机的手机制造商（例如苹果现在使用1.4μm像素尺寸的CIS），像素深度的加深也是一种趋势. 但是，一旦像素阱变深，相邻像素之间就很可能发生串扰. 例如，最初属于像素的光子可能以倾斜角度进入像素，并可能穿过相邻像素. 这对最终成像有负面影响. 0CoEETC-电子工程专辑

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MWC 2019上海三星的ISOCELL Plus像素（请注意，此处的“镜头”在翻译中并不合理，英文为micro-lens，这意味着每个像素上方都有一个微型镜头）0CoEETC-电子工程专辑

因此，手机CIS当前解决此问题的技术重点是深沟槽隔离技术（DTI）. 简而言之，就是在每个像素之间添加一个隔离区，以避免串扰. 在今年的MWC 2019上海展会上，我们看到三星正在专注于展示这种DTI技术. 三星在市场营销中称其为ISOCELL. 但是，最早将DTI技术应用于背照式CIS的公司是意法半导体（STMicroelectronics）（2010年为HTC One）. 不幸的是，iPhone的兴起导致意法半导体下游客户的减少，意法半导体未能在DTI上取得成功. 一些收获. 0CoEETC-电子工程专辑

尽管三星的ISOCELL在市场上广为人知，但索尼最早引入DTI的历史可以追溯到2013年. 最初，索尼采用了B-DTI工艺. 所用的界面氧化物包括HfO，TaO和钛基基材. 用钨金属； 2015年，索尼开始使用更深的电介质填充B-DTI结构，更薄的界面氧化物: AlO，TaO和未掺杂的氧化物核. 0CoEETC-电子工程专辑

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上图是索尼和三星最新的0.8μm像素. 您可以看到两者之间的像素间距仍然很大. 根据不同的过程链接，DTI结构将有所不同. 早期阶段称为F-DTI，后期阶段称为B-DTI. 实际上，两端的两个像素之间存在差异. 两者都被证明是有效的解决方案，并且都需要大量的研发成本以减少DTI蚀刻工艺产生的暗电流的影响. 0CoEETC-电子工程专辑

Sony使用B-DTI. 三星使用的F-DTI解决方案需要VTG（垂直传输门，索尼以前使用过）小米2a像素怎么样，因此分区将更加完整-这似乎是三星当前关注的重点. 此外，索尼使用的氧化物填充的B-DTI势垒的宽度为150nm，三星为110nm. 0CoEETC-电子工程专辑

随着像素变小并且有源Si厚度变大，DTI结构本身继续发展. DTI和相应的钝化技术是当前像素越来越小的关键. 如果高像素确实只是许所说的头，并且只会使图像质量变差，那么三星，索尼，OmniVision和其他制造商为什么必须投入大量资金来开发此类技术？ 0CoEETC-电子工程专辑

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除DTI之绕像素移动到下层. 该电路不需要占据像素表面的位置，从而使像素感光开口更大. 当前的芯片堆栈指的是CIS，ISP和DRAM的三层（相当于图像传感器的缓冲区）. 0CoEETC-电子工程专辑

上图显示了CIS下方堆叠的ISP. 这里的ISP不是手机SoC级ISP，而是混合信号图像信号处理器. 值得一提的是，索尼ISP的ISP部分使用了自己的40nm技术，而三星使用了28nm，但是这种工艺差异在此级别上引起的差异也很难比较. 此外，三星在该示例中还翻转了DRAM裸片. CIS的专有DRAM也是一种趋势. 毕竟，像素这么多，数据吞吐量将成为一个大问题. 0CoEETC-电子工程专辑

Sony的两层堆栈软件​​包（CIS和ISP）仍然很常见. 堆栈的核心技术之一是芯片到芯片的互连. 在上述iPhone XS和Huawei P30 Pro的相机中，索尼使用间距为6.0μm的Cu-Cu混合键合来代替TSV（硅穿孔）互连方案. 像素级互连技术目前正在开发中. 0CoEETC-电子工程专辑

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三星的带有DRAM的三层堆栈已经可以在Galaxy手机上看到，但是这种“三层”实际上将DRAM芯片通过倒装芯片置于ISP和CIS的双芯片堆栈之后. 合并. 将两个RDL层和一个具有高厚度/直径比的TSV穿入ISP以实现连接. 索尼的三层堆栈是真正的三层互连. 它使用完整的TSV互连方法来连接DRAM后面的RDL层. 0CoEETC-电子工程专辑

在像手机这样的小巧设备中，不可能塞满SLR或微型单级CIS. 因此，在缩小像素尺寸的20年斗争中，除了上述提到的像素深度的增加以及像素之间DTI结构的添加之外，在此期间还出现了许多标志性技术: 2018-2019年的热点. . 0CoEETC-电子工程专辑

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例如，背照式BSI技术将滤色器和像素内部感光层之间的电路向后移动，从而在一定程度上解决了串扰和光利用问题；堆叠技术使电路在像素周围移动. 转到后方；还包括像素最重要的微透镜所涉及的光学结构变化，例如三星在ISOCELL Plus像素设计中（讲，三星的市场部门确实可以尽最大努力小米2a像素怎么样，即使像素都有自己的名字），也已经使用如上图所示，将光学堆叠薄至1.17μm. 0CoEETC-电子工程专辑

但是，即使付出了很大的努力，像素表面积毕竟还是越来越小，需要考虑到将PDAF聚焦技术应用于CIS需要额外的像素空间. 也许在光线充足的环境中拍照，像素大小为0.8μm并不是一个大问题，但是一旦涉及到夜景拍摄，小像素感光度差的短板将被完全曝光（此处我们不讨论相机的光学设计）. 因此，从像素滤镜排列（CFA，滤色镜阵列）开始是三星和索尼的另一招. 0CoEETC-电子工程专辑

在1970年代，柯达的布莱斯·拜耳（Bryce Bayer）发明了用于数码摄影的“拜耳阵列”滤色镜. 他永远都不会想到这种解决方案将在今天继续使用. 在我们现代的CIS解决方案中，为了使每个像素都能感知颜色，每个像素前面（在微透镜后面）都有一个滤色镜. 一些像素感知红色，一些像素感知蓝色，其他像素感知蓝色. 0CoEETC-电子工程专辑

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