前照式CMOS

2022年6月13日cmos193阅读模式

CMOS是一个多层结构。在传统FSI结构中,自上至下依次为微透镜(Micro-lens)、彩色滤光镜(Color Filter)、电路层(Wiring Layers)和光电二极管(Photodiodes)。

前照式CMOS

不难发现:CMOS总面积 ≈ 光电二极管有效面积 + 电路层有效面积,光电二极管和配套电路需要争抢感光元件上有限的空间。

电路占据的面积大,光电二极管占据的面积就小,CMOS实际收集的光线就少。对于智能手机、便携数码相机等小型影像记录设备来说,这就意味着成像质量难以提升,最集中表现就是高ISO拍摄时的噪点大、杂讯多。

那么,能否减少电路面积呢?首先,现代CMOS普遍采用集成模数转换电路(ADC)的做法,1列光电二极管对应1个ADC和1套放大电路。想要提升像素数量、提高读取速度就必须增加配套电路。

前照式CMOS

传统的CMOS “前照式”结构,当光线射入像素,经过了片上透镜和彩色滤光片后,先通过金属排线层,最后光线才被光电二极管接收。

大家都知道金属是不透光的,而且还会反光。所以,在金属排线这层光线就会被部分阻挡和反射掉,光电二极管吸收的光线能就只有刚进来的时候的70%或更少;而且这反射还有可能串扰旁边的像素,导致颜色失真。(目前中低档的CMOS排线层所用金属是比较廉价的铝(Al),铝对整个可见光波段(380~780nm)基本保持90%左右的反射率。)

前照式CMOS

这样一来,“背照式”CMOS就应运而出了,其金属排线层和光电二极管的位置和“前照式”正好颠倒,光线几乎没有阻挡和干扰地就下到光电二极管,光线利用率极高,所以背照式CMOS传感器能更好的利用照射入的光线,在低照度环境下成像质量也就更好了。

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