摘 要：主要概述superccd、cmos圖像傳感器、c3d、apdis、aramis、foveonx3全色cmos圖像傳感器、vmis、薄膜asic圖像傳感器、seemos圖像傳感器等新穎固體圖像傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀。此外，簡單介紹其應(yīng)用市場和主要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電荷耦合器件；cmos圖像傳感器；數(shù)碼相機；數(shù)字攝像機；綜述

1 引言

固體圖像傳感器屬于光電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的光電子成像器件。隨著數(shù)碼技術(shù)、半導體器件制造技術(shù)、光電子技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前市場和業(yè)界都面臨跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時代的到來，勾畫未來人類社會的美景。以其在日常生活中的應(yīng)用而言，無疑要屬數(shù)碼相機、攝錄一體機和攝像機產(chǎn)品，其發(fā)展速度日新月異。短短幾年，數(shù)碼相機就由幾十萬像素發(fā)展到500萬像素、600萬像素甚至更高。不僅在發(fā)達的歐美國家數(shù)碼相機占有很大的市場，就是在發(fā)展中的中國，數(shù)碼相機的市場也在以驚人的速度增長，因此，其關(guān)鍵器件——固體圖像傳感器已成為當前和未來業(yè)界關(guān)注的對象，吸引著眾多廠商。以器件類別區(qū)分，固體圖像傳感器主要分為ccd、cmos及cis三種。這里，主要簡單介紹最近幾年發(fā)展起來的固體圖像傳感器的最新發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用市場和主要技術(shù)。

2 固體圖像傳感器的現(xiàn)狀

2.1 超級ccd

在傳統(tǒng)ccd中，光電二極管是矩形的，其尺寸受到限制。制造商們盡管不斷地增加像素以提高圖像質(zhì)量，同時縮小像素和光電二極管面積，但是，光吸收的低效率已成為提高感光度、信噪比和動態(tài)范圍的另一個障礙。

為了尋求更好的解決方法，日本富士公司的科研人員對人類視覺進行了全面的研究，他們得到一個結(jié)論：像信息的空間頻率和功率都聚集在水平和垂直軸上，最低的功率在45°對角線上。根據(jù)這一理論研究結(jié)果，超級(super)ccd[6]的像素都按45°角排列，形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)�？刂菩盘柾ǖ辣蝗∠�，為光電二極管留出更多的空間。光電二極管是八角形的，非常接近微透鏡的圓形，因此，可以更有效地吸收光。superccd把無助于影像記錄的空間減少到最低限度，感光效率、感光度和信噪比得到提高，動態(tài)范圍得以擴大。

superccd的讀出采用水平跳躍讀出方式，雖然跳躍讀出像素會大大降低視頻圖像質(zhì)量，但是，由于豎直線條讀出速度太慢，傳統(tǒng)ccd還必須在圖像輸出時采用跳躍讀出方式。而且，傳統(tǒng)ccd水平方向的像素只有兩種顏色，必須讀出兩行數(shù)據(jù)才能形成彩色。superccd的每行像素包含紅、綠、藍（r、g、b）三種彩色，除了以1/2或其他比率進行垂直跳躍讀出外，還可以進行水平1/3跳躍讀出，可以獲得高質(zhì)量的視頻輸出。與傳統(tǒng)ccd不同的是superccd的電荷通道更加寬闊，能夠高速傳輸數(shù)據(jù)，因此，只要加簡單的電子快門控制，使得它具有進行快速精確連續(xù)拍攝的潛能，所有像素的數(shù)據(jù)即可一次讀出。自1999年第一代superccd問世后，到2003年初已發(fā)展到第四代superccd，用該器件開發(fā)的數(shù)碼相機的攝像效果已達到人眼的視覺效果。

2.2 cmos圖像傳感器

cmos圖像傳感器的研究始于20世紀60年代末，由于受當時工藝技術(shù)的限制，直到90年代初才發(fā)展起來，至今已研制出三大類cmos圖像傳感器[7][[8]，即cmos無源像素傳感器（簡稱cmospps）、cmos有源像素傳感器(簡稱cmosaps）和cmos數(shù)字像素傳感器（簡稱cmosdps）。在此基礎(chǔ)上又問世了cmos視覺傳感器、cmos應(yīng)力傳感器、對數(shù)極性cmos傳感器、cmos視網(wǎng)膜傳感器、cmos凹型傳感器、對數(shù)變換cmos圖像傳感器、軌對軌cmos有源像素傳感器、單斜率模式cmos圖像傳感器和cmos指紋圖像傳感器、foveonx3全色cmos圖像傳感器、vmiscmos圖像傳感器等。

cmos圖像傳感器具有多種讀出模式。整個陣列逐行掃描讀出是一種普通的讀出模式，這種讀出方式和ccd的讀出方式相似。窗口讀出模式是一種針對窗口內(nèi)像素信息進行局部讀出的模式，這種讀出模式提高了讀出效率。跳躍式讀出模式同superccd一樣，以降低分辨率為代價提高讀出速率，采用每隔一個或多個像素讀出的模式。

2.3 cmos圖像傳感器的新技術(shù)——c3d

c3d（cmoscolorcaptiuredevice）是新一代半導體成像技術(shù)，它不僅提高了像素設(shè)計技術(shù)[9]，也改進了生產(chǎn)工藝。采用0.25μmcmos工藝生產(chǎn)的這種cmos圖像傳感器，可以在保全性能的前提下增加晶體管的數(shù)量和填充系數(shù)。除了增加像素設(shè)計的選擇方案外，還可實現(xiàn)更加復(fù)雜的功能和更低的功耗。在速度方面也有很大的優(yōu)勢。

對于設(shè)計人員而言，為了最大限度地提高產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計時合適的權(quán)衡取舍是至關(guān)重要的。就圖像傳感器而言，量子效率是非常重要的，但暗電流和串擾同樣不可忽視。c3d的核心技術(shù)對上述的cmos圖像傳感器所存在的固定圖像噪聲、像素間的串擾及暗電流等缺陷均有所改善。此外，還降低了對支持電路的依賴程度。

c3d技術(shù)的最大特點就是像素響應(yīng)的均勻性。c3d技術(shù)重新定義了成