CMOS圖像傳感器新技術(shù)--C3D
發(fā)布時間:2007/8/23 0:00:00 訪問次數(shù):441
C3D(CMOS Color CaptiveDevice)是新一代半導(dǎo)體成像技術(shù)。它不僅提高了像素設(shè)計技術(shù),也改進了生產(chǎn)工藝。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的0.25μm 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)量和占空因數(shù)(Fill Factor)。除了增加像素設(shè)計的選擇方案之外,還可實現(xiàn)更加復(fù)雜的功能和更低的功耗。而且,該傳感器在速度方面也有很大優(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)計時做出合適的權(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?dāng)_(cross-talk)同樣不可忽視。雖說縮短硅芯片的壽命能夠減少串?dāng)_,但量子效率也會隨之下降。
CMOS圖像傳感器要對付的難題之一就是暗電流。迄今為止,CMOS成像器均采用較大的像素尺寸,工作速度較低,因此,即使暗電流的發(fā)生率在正常范圍,仍會產(chǎn)生較多的暗電流。為此,C3D技術(shù)采取了以下對策:首先,通過改進CMOS工藝來降低暗電流的發(fā)生率;其次,壓縮結(jié)面積(JunctionArea);最后,通過提高幀速率(Frame Rate)來縮短暗電流的匯集時間。
像素尺寸縮小后,像素間的串?dāng)_便會增加。這雖然對于黑白(單色)器件而言影響并不明顯,但加上濾色器(ColorFilter)之后就會出現(xiàn)混色現(xiàn)象,造成圖像處理時的分色困難,從而產(chǎn)生褪色。為了減少像素間的串?dāng)_,人們往往采用延長硅的載流子的壽命以及改進硅加工工藝的方法。延長載流子的壽命固然會提高量子效率,但由于電荷擴散,也會使串?dāng)_增加。為此,C3D技術(shù)采用了有助于減少像素間串?dāng)_的特殊設(shè)計并對工藝做了改進。
目前的CMOS圖像傳感器也存在著固定圖像噪聲的問題,這是由傳感器固有結(jié)構(gòu)造成的。各個像素或各列像素都具有自己的放大器,放大器中較小的失配會使與其有關(guān)的增益及偏置發(fā)生變化。結(jié)果產(chǎn)生固定圖像噪聲,用戶可在圖像上看到網(wǎng)格狀干擾。針對這一問題,C3D技術(shù)采用了對各種變化的靈敏度相對較低的放大器,以及制造更加穩(wěn)定的晶體管專用工藝等方法。同時還設(shè)計出了能夠進一步減少失調(diào)的獨特電路。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?dāng)_以及暗電流等缺陷均有所改善。而且,它還降低了對支持芯片的依賴程度。有望提供完全沒有諸如輸出頻率限制、高功耗、高讀出噪聲等CCD局限性的數(shù)字成像產(chǎn)品。
C3D技術(shù)的最大特點就是像素反應(yīng)的均一性。C3D技術(shù)重新定義了成像器的性能(即把系統(tǒng)的整體性能包括在內(nèi))并提高了CMOS圖像傳感器在均一性和暗電流方面的標(biāo)準(zhǔn)性能。因而,除了畫質(zhì)以外,設(shè)計人員還必須通過對功耗、幀速率、可編程增益和集成的設(shè)定、芯片上的開窗口(windowing)/二次取樣方式、定時信號發(fā)生器、DC偏置的功能集成、電平移位器等全面考慮來減少所需芯片的數(shù)量,從而達(dá)到簡化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的目的。而C3D技術(shù)由于是針對具體應(yīng)用來設(shè)計成像器的,因此,系統(tǒng)設(shè)計人員可借助它來完成片上功能集成并根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)計,以提高系統(tǒng)的整體性能,使之獲得317萬像素的分辨率。采用C3D技術(shù)的另一個設(shè)計上的好處是利用了片上集成陣列的處理能力,由此可大幅度地減少后續(xù)的圖像處理量。
C3D(CMOS Color CaptiveDevice)是新一代半導(dǎo)體成像技術(shù)。它不僅提高了像素設(shè)計技術(shù),也改進了生產(chǎn)工藝。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的0.25μm 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)量和占空因數(shù)(Fill Factor)。除了增加像素設(shè)計的選擇方案之外,還可實現(xiàn)更加復(fù)雜的功能和更低的功耗。而且,該傳感器在速度方面也有很大優(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)計時做出合適的權(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?dāng)_(cross-talk)同樣不可忽視。雖說縮短硅芯片的壽命能夠減少串?dāng)_,但量子效率也會隨之下降。
CMOS圖像傳感器要對付的難題之一就是暗電流。迄今為止,CMOS成像器均采用較大的像素尺寸,工作速度較低,因此,即使暗電流的發(fā)生率在正常范圍,仍會產(chǎn)生較多的暗電流。為此,C3D技術(shù)采取了以下對策:首先,通過改進CMOS工藝來降低暗電流的發(fā)生率;其次,壓縮結(jié)面積(JunctionArea);最后,通過提高幀速率(Frame Rate)來縮短暗電流的匯集時間。
像素尺寸縮小后,像素間的串?dāng)_便會增加。這雖然對于黑白(單色)器件而言影響并不明顯,但加上濾色器(ColorFilter)之后就會出現(xiàn)混色現(xiàn)象,造成圖像處理時的分色困難,從而產(chǎn)生褪色。為了減少像素間的串?dāng)_,人們往往采用延長硅的載流子的壽命以及改進硅加工工藝的方法。延長載流子的壽命固然會提高量子效率,但由于電荷擴散,也會使串?dāng)_增加。為此,C3D技術(shù)采用了有助于減少像素間串?dāng)_的特殊設(shè)計并對工藝做了改進。
目前的CMOS圖像傳感器也存在著固定圖像噪聲的問題,這是由傳感器固有結(jié)構(gòu)造成的。各個像素或各列像素都具有自己的放大器,放大器中較小的失配會使與其有關(guān)的增益及偏置發(fā)生變化。結(jié)果產(chǎn)生固定圖像噪聲,用戶可在圖像上看到網(wǎng)格狀干擾。針對這一問題,C3D技術(shù)采用了對各種變化的靈敏度相對較低的放大器,以及制造更加穩(wěn)定的晶體管專用工藝等方法。同時還設(shè)計出了能夠進一步減少失調(diào)的獨特電路。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?dāng)_以及暗電流等缺陷均有所改善。而且,它還降低了對支持芯片的依賴程度。有望提供完全沒有諸如輸出頻率限制、高功耗、高讀出噪聲等CCD局限性的數(shù)字成像產(chǎn)品。
C3D技術(shù)的最大特點就是像素反應(yīng)的均一性。C3D技術(shù)重新定義了成像器的性能(即把系統(tǒng)的整體性能包括在內(nèi))并提高了CMOS圖像傳感器在均一性和暗電流方面的標(biāo)準(zhǔn)性能。因而,除了畫質(zhì)以外,設(shè)計人員還必須通過對功耗、幀速率、可編程增益和集成的設(shè)定、芯片上的開窗口(windowing)/二次取樣方式、定時信號發(fā)生器、DC偏置的功能集成、電平移位器等全面考慮來減少所需芯片的數(shù)量,從而達(dá)到簡化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的目的。而C3D技術(shù)由于是針對具體應(yīng)用來設(shè)計成像器的,因此,系統(tǒng)設(shè)計人員可借助它來完成片上功能集成并根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)計,以提高系統(tǒng)的整體性能,使之獲得317萬像素的分辨率。采用C3D技術(shù)的另一個設(shè)計上的好處是利用了片上集成陣列的處理能力,由此可大幅度地減少后續(xù)的圖像處理量。
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