Sony giải thích cách tạo ra cảm biến CMOS 2 lớp đột phá của hãng

Vào tháng 12 năm 2021, Sony đã phát triển thành công công nghệ cảm biến hình ảnh CMOS xếp chồng đầu tiên trên thế giới với các pixel bóng bán dẫn hai lớp, tăng gấp đôi khả năng thu thập ánh sáng của nó. Công ty hiện đã chi tiết hóa cách thức đạt được điều này.

Cảm biến cách mạng

Cảm biến mới của Sony tách các photodiodes và bóng bán dẫn pixel thường được đặt trên cùng một chất nền thành các lớp chất nền khác nhau. Kết quả là cảm biến tăng khoảng gấp đôi mức tín hiệu bão hòa, về cơ bản là khả năng thu thập ánh sáng, giúp cải thiện đáng kể dải động và giảm nhiễu.

Sony đặc biệt lưu ý rằng công nghệ này sẽ tạo ra hình ảnh ngày càng chất lượng càng cao trong trường hợp chụp ảnh trên điện thoại thông minh mà không nhất thiết phải tăng kích thước của cảm biến điện thoại thông minh. Cấu trúc pixel của công nghệ mới sẽ cho phép pixel duy trì hoặc cải thiện các thuộc tính hiện có của chúng không chỉ ở kích thước pixel hiện tại mà còn ở kích thước pixel nhỏ hơn.

Sony chia sẻ chi tiết đằng sau sự sáng tạo của cảm biến

Thông tin mới được tìm thấy trong một video mới ban đầu được quay vào ngày 25 tháng 1 năm 2022 trong khuôn khổ Sự kiện Nhóm Tất cả các giải pháp bán dẫn của Sony (SSS), “Sense the Wonder Day” , do Sony Alpha Rumors phát hiện .

Keiichi Nakazawa thuộc Bộ phận Nghiên cứu Thứ hai của Sony Semiconductor, giải thích về cảm biến mới cũng như cách Sony có thể tạo ra nó. Nakazawa phụ trách nghiên cứu và phát triển các cảm biến hình ảnh mới cho di động, điều này phù hợp với tại sao công nghệ mới của Sony lại là một bước đột phá đối với các cảm biến nhỏ hơn .

Nakazawa nói rằng trong khi phát triển cấu trúc mới, mục tiêu ban đầu của nhóm ông là tạo ra cấu trúc pixel tối hậu và điều đó thực sự có ý nghĩa gì.

Ông nói: “Trong cuộc thảo luận này, chúng tôi đã đi tới kết luận rằng cả photo diodes và bóng bán dẫn đều phải mang lại hiệu suất tốt nhất. “Điều này dẫn tới khái niệm về pixel bóng bán dẫn hai lớp.”

Nakazawa cho biết kết quả là một cảm biến đã được đón nhận và đặt nhiều kỳ vọng.

“Bởi vì các photo diodes và bóng bán dẫn pixel được tách biệt về mặt vật lý trong cấu trúc này, nên có thể tối ưu hóa từng loại trong số chúng. Thông báo đề cập tới những cải tiến về hiệu suất pixel dự kiến ​​như cải thiện dải động và cải thiện nhiễu. Tuy nhiên, thiết bị có nhiều khả năng bổ sung các chức năng mới, cũng như cải tiến hiệu suất. Các nghiên cứu khác nhau đang được tiến hành tại tổ chức R&D về vấn đề này. ”

Một chi tiết mà Nakazawa tiết lộ về quá trình này là một thách thức lớn liên quan tới nhiệt độ cần thiết để tạo ra các liên kết mới.

“Công nghệ này cho phép các thiết bị xếp chồng lên nhau kết nối các chất nền khác nhau thành một đơn vị pixel duy nhất. Điều này đòi hỏi một công nghệ căn chỉnh với độ chính xác ở nanomet cho photo diodes và bóng bán dẫn pixel. Để thực hiện điều này, một quy trình công nghệ được gọi là 3D sequential integration đã được áp dụng. Thay vì liên kết thông thường của các tấm wafer đã hoàn thành, các tấm wafer mới được kết dính với nhau trong quá trình sản xuất.

“Cụ thể, sau khi photo diodes được hình thành, các tấm silicon được liên kết và sử dụng công nghệ xử lý để tạo thành các bóng bán dẫn pixel. Điều này có nghĩa là độ chính xác của căn chỉnh được xác định bởi kỹ thuật in thạch bản, không phải liên kết, và việc căn chỉnh có độ chính xác cao được thực hiện, ”ông giải thích.

“Một vấn đề lớn với công nghệ này là nhiệt trong quá trình sản xuất sau khi xếp các tấm wafer. Trong khi khả năng chịu nhiệt cho công nghệ liên kết trong các cấu trúc thông thường là 400 độ C, thì cấu trúc mới này yêu cầu khả năng chịu nhiệt trên 1.000 độ C, ”ông tiếp tục.

“Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã phát triển công nghệ liên kết của mình và các bóng bán dẫn đã được chế tạo để thích ứng với cấu trúc này”.

Sony chưa cho biết khi nào cảm biến mới có trên các thiết bị tiêu dùng cũng như khi nào họ có kế hoạch sản xuất nó trên quy mô lớn, nhưng đã nói rằng họ sẽ tiếp tục lặp lại thiết kế trong tương lai.