Sony Semiconductor Solutions предоставляет информацию о новой технологии 2-Layer Transistor Pixel.

В новом видео, опубликованном на канале Sony на YouTube, члены группы Sony Semiconductor Solutions (SSS) раскрывают технологию, лежащую в основе нового двухслойного транзисторного CMOS-сенсора изображения SSS, недавно анонсированного в декабре 2021 года на Международной конференции электронных устройств IEEE. В то время как первая половина видео посвящена Sony a1 и многоуровневому CMOS-датчику, используемому внутри него, вторая половина видео погружается в новую конструкцию датчика, разработанную SSS, начиная примерно с отметки 5:45 видео выше.

Именно здесь Кейичи Наказава, член второго исследовательского отдела SSS, который в настоящее время отвечает за исследования и разработку датчиков изображения для мобильных устройств, обсуждает различия между фотодиодами в традиционных многослойных КМОП-датчиках по сравнению с новым двухслойным транзисторным пикселем SSS. Короче говоря, в то время как фотодиоды и пиксельные транзисторы традиционных КМОП-датчиков изображения занимают один и тот же слой подложки, в этой новой конструкции фотодиоды и пиксельные транзисторы разделены на два разных слоя подложки. При разделении слоев фотодиод может быть больше, что приводит к более высокому уровню насыщения сигнала (также называемому полной емкостью ямы), в то время как большие транзисторы приводят к меньшему шуму. Этот результат является двойным преимуществом, которое увеличивает динамический диапазон при одновременном снижении шума.

Многослойные архитектуры датчиков изображения CMOS. Изображение предоставлено: Sony.

С инженерной и производственной точек зрения конструкция 2-Layer Transistor Pixel требует точности на уровне нанометров для размещения фотодиодов и пиксельных транзисторов. Sony внедрила процесс последовательной 3D-интеграции вместо обычного склеивания готовых пластин. После формирования фотодиода два слоя соединяются вместе, а затем фотодиод используется для выравнивания создания транзистора во втором слое. По словам Наказавы, точность выравнивания определяется литографией, а не склеиванием.

Процесс включает в себя свои проблемы, в том числе нагрев в производственном процессе после укладки пластин. В то время как для производства традиционных КМОП-сенсоров требуется термостойкость около 400 °C, новая конструкция требует гораздо более высокой термостойкости — более 1000 °C. Чтобы решить эту проблему, Sony разработала новую технологию соединения и создала свои транзисторы с учетом адаптации.

Изображение предоставлено: Sony.

Разделив фотодиод и транзисторный пиксель для каждого фотосайта, инженеры Sony смогли оптимизировать компоненты по отдельности, что привело к улучшению шумовых характеристик и расширению динамического диапазона. Помимо качества изображения, новый дизайн обещает и другие улучшения, над которыми работает команда R&D.

В то время как новая информация в видеоролике Sony Semiconductor Solutions была несколько скудной, всегда интересно услышать от некоторых полных энтузиазма и увлеченных своим делом инженеров, разрабатывающих новейшие и лучшие технологии датчиков изображения. Будет интересно увидеть, когда новый 2-слойный транзисторный пиксельный датчик изображения Sony с многослойным расположением пикселей появится в потребительских продуктах и какие характеристики он предлагает. И, как всегда, нам не терпится увидеть, что будет дальше с полнокадровыми камерами Alpha от Sony.