索尼半導(dǎo)體解決方案公司（下稱“索尼”）已成功開發(fā)出全球首創(chuàng)*1的雙層晶體管像素堆疊式CMOS圖像傳感器技術(shù)。傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的光電二極管和像素晶體管分布在同一基片，而索尼的新技術(shù)將光電二極管和像素晶體管分離在不同的基片層。與傳統(tǒng)圖像傳感器相比，這一全新的結(jié)構(gòu)使飽和信號量*3約提升至原來的2倍，擴(kuò)大了動態(tài)范圍并降低噪點，從而顯著提高成像性能。采用新技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)，無論是在當(dāng)前還是更小的像素尺寸下，都能保持或是提升像素現(xiàn)有的特性。

索尼在2021年12月11日（星期六）開始的IEEE國際電子設(shè)備會議上宣布了這一突破性技術(shù)。

■堆疊式CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的堆疊式圖像傳感器（左）；采用新開發(fā)的雙層晶體管像素技術(shù)的堆疊式CMOS圖像傳感器（右）

（傳統(tǒng)的）堆疊式CMOS圖像傳感器的堆疊式結(jié)構(gòu)中，背照式像素組成的像素芯片堆疊在邏輯芯片之上，而信號處理電路構(gòu)成了邏輯芯片。在像素芯片內(nèi)，用于將光轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管和用于控制信號的像素晶體管在同一基片層并列。在這樣的結(jié)構(gòu)限制下，如何實現(xiàn)飽和信號量的最大化，對實現(xiàn)高動態(tài)范圍、高圖像質(zhì)量的攝影具有重要作用。

索尼開發(fā)出的全新結(jié)構(gòu)是堆疊式CMOS圖像傳感器技術(shù)的一項進(jìn)步。索尼使用專有的堆疊技術(shù)，將光電二極管和像素晶體管封裝在分離的基片上，一個堆疊在另一個上面。

相比之下，在傳統(tǒng)的堆疊式CMOS圖像傳感器中，光電二極管和像素晶體管并排位于同一基片上。新的堆疊技術(shù)支持采用可以獨立優(yōu)化光電二極管和像素晶體管層的架構(gòu)，從而使飽和信號量相比于傳統(tǒng)圖像傳感器增加約一倍，進(jìn)而擴(kuò)大動態(tài)范圍。

此外，因為傳輸門 (TRG) 以外的像素晶體管，包括復(fù)位晶體管 (RST)、選擇晶體管 (SEL) 和放大晶體管 (AMP)，都處于無光電二極管分布這一層，所以放大晶體管（AMP）的尺寸可以增加。通過增加放大晶體管尺寸，索尼成功地大幅降低了夜間和其他昏暗場景下圖像容易產(chǎn)生的噪點問題。

這項新技術(shù)使動態(tài)范圍擴(kuò)大并降低了噪點，將避免在有明暗差（例如背光設(shè)置）的場景下曝光不足和過度曝光的問題，即使在光線不充足（例如室內(nèi)、夜間）的場景下也能拍攝高質(zhì)量低噪點的圖像。

索尼將通過雙層晶體管像素技術(shù)致力于實現(xiàn)更高質(zhì)量的成像，例如智能手機(jī)拍攝等。

采用雙層晶體管像素技術(shù)的CMOS圖像傳感器的橫截面圖片