超級CCD傳感器使富士膠片的數(shù)碼相機圖像更清晰

在本篇設計揭密中，我們將審視富士膠片(Fujifilm)公司630萬像素的Finepix E550數(shù)碼相機所用的電荷耦合器件(CCD)傳感器。對一部傻瓜型相機來說，F(xiàn)inepix E550的分辨率及其ISO 800標準的感光度和1/2,000秒的快門速度令人印象深刻。實際上，為了實現(xiàn)這些性能目標，富士采用了其專有的超級CCD設計制造了其中的傳感器。

在數(shù)碼靜止照相機(DSC)市場，成像技術按圖像傳感器分為兩類：CCD和CMOS成像器。CMOS技術盤踞低端，而高端雖非由CCD獨家把持，但它仍是主宰。在富士膠片的超級CCD架構內(nèi)，傳統(tǒng)的x-y陣列被旋轉45度，以將像素排成對角線。此舉在允許設計師采用相對大的八邊光電二極管的同時，優(yōu)化了空間利用，且與其它設計相比，它支持更細的點陣間距。

富士的設計人員表示，歸功于在布局上的改進，其超級CCD傳感器能將分辨率、感光性、動態(tài)范圍、信噪比和色彩逼真度等指標均衡地結合起來。另外，該公司的信號處理技術在光電二極管間生成虛擬像素，所以存儲的圖像實際上是一個1,230萬像素的方格x-y陣列。

富士膠片的MS3895A傳感器是其最初于1999年公布的技術的第四代產(chǎn)品。新傳感器的像素大小已縮小至2.7平方微米，以改進分辨率。該芯片由Fujifilm Microdevices在其日本仙臺的晶圓廠采用0.35微米、雙金屬、雙多晶硅工藝，在n型基層上埋置p型井的方法制成。在其7.7×9mm的裸片上總共有663萬像素，有效像素達630萬。借助信號處理增加的虛擬像素，能記錄內(nèi)容的像素總數(shù)達1,230萬。

該傳感器的像素以對角線方式排列。為正確觀察像素，也可通過沿對角線方向取成像陣列的橫截面。在該橫截面上，你將在頂部看到半球狀的鏡頭結構，然后是覆蓋在一個平面結構層上的色彩過濾器層。在平面構造層下面的是氮化硅鏡頭，在鏡頭下面的是光電二極管和CCD電荷遷移電極。

若對硅結構進行放大，你將發(fā)現(xiàn)氮化硅鏡頭實際上包含兩個氮化物層。下面一層沉積在CCD構造上然后經(jīng)過平整化處理，而上面一層被沉積在被平整化處理的這一層上，然后被浸蝕成半球狀。下面的兩個多晶硅遷移電極覆以一個鎢燈防護罩。

通過用一個掃描電容顯微鏡觀察橫截面圖像，可看到襯底的摻雜結構。在底部你開始看到n基層，隨著逐步升高將進入陣列的p井區(qū)。

靠近p井表面的是處在光電二極管和位于二極管表面p型銷入層之間的p型絕緣區(qū)。n摻雜電荷遷移通道位于p絕緣區(qū)內(nèi)，在表面下是嵌埋的光電二極管。在表面上是遷移電極和作為空白區(qū)間的電介質(zhì)，其上覆以一層完整金屬。

圖1：將圖像傳感器上的像素排列沿水平傾斜45度后，可提供更高的封裝密度。每個像素的尺寸縮小到了2.7平方微米，使得E550的有效像素達到630萬。

當將構造層剝?nèi)�，從上面看傳感器時，氮化硅