三星分享CIS发展趋势

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来源 ：内容来自 ITE 。

在本文中，三星回顾了当前CMOS图像传感器像素光学的发展趋势。为了在高分辨率移动摄像头的紧凑尺寸内集成更多像素，像素尺寸不断缩小至深亚微米级。本文阐述了像素光学技术如何补偿像素尺寸缩小带来的固有性能下降，并讨论了引入元光学技术来克服传统光学器件的性能限制。

1.

手机摄像头及市场趋势

疫情过后，由于每部手机摄像头数量的持续增长，CMOS图像传感器（CIS）市场正在缓慢复苏。此外，为了提供更高质量的图像，人们越来越倾向于采用更高分辨率的摄像头，例如最近的2亿像素摄像头。为了将更多像素集成到纤薄手机的紧凑尺寸中，像素级的缩小是不可避免的，例如最近推出的0.5微米深亚微米像素。随着可折叠手机在市场上的普及，对薄型摄像头模块的需求不断增长，这一趋势将持续下去。

2.

像素光学微缩之旅

从根本上讲，随着像素面积的减小，每个像素的灵敏度也会下降。像素光学架构已经发展到可以增加信号（接收光子）并降低噪声（光学串扰），使得信噪比（SNR）即使像素缩放也能保持可比性：从正面照明（FSI）、光导、背面照明（BSI）、背面深沟槽隔离（DTI）到全深度DTI。

尽管架构不断演变，但一微米像素对于主摄像头来说仍然不够，直到合并彩色滤光片技术出现，例如四像素（2x2），可以在明亮时通过重新镶嵌图像信号处理（ISP）技术提供全分辨率图像，在黑暗条件下提供更亮的图像。该技术继续向四像素（4x4）延伸，实现0.5微米等深亚微米像素缩放。在亚微米像素保持合理灵敏度的主要挑战来自微透镜的衍射极限。

由于光束光斑尺寸不随像素缩放而缩放，传统的金属彩色滤光隔离网格与入射光相互作用更多，例如在0.7微米像素情况下为32%，这导致光学损失。无金属、低折射率基于电介质的网格技术解决了这个问题，并延伸到气隙网格（air-gap）技术。

3.

向超光学技术迁移

传统的光学结构依赖于微透镜和彩色滤光片，在给定像素尺寸下，存在一个明显的最大灵敏度壁垒。对于绿色像素，超过一半的入射光会被彩色滤光片吸收。为了克服这一灵敏度壁垒，近期采用超光学技术的尝试已取得良好成果。提出的纳米棱镜可充当色彩路由器和大于像素的透镜，从邻近的彩色像素中获取更多光线，从而提高灵敏度（+25%）。超光学技术在传感器应用方面仍处于早期阶段，但已展现出其他潜在优势，例如实现极致像素缩放（0.22 微米像素间距），并在 0.22 微米像素间距下提升色彩精度。

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