隨著全面屏的發(fā)展，手機(jī)對(duì)于前置攝像頭模組的要求是盡可能做小、做薄。而決定攝像頭模組的尺寸的，主要是CMOS圖像傳感器和鏡頭的尺寸。近日，三星電子宣布推出當(dāng)下最小的CMOS圖像傳感器，專門針對(duì)全面屏形態(tài)的手機(jī)。

對(duì)于手機(jī) 、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視等智能設(shè)備，必不可少的就是圖像傳感器。這個(gè)市場(chǎng)已迎來(lái)高峰時(shí)期，CMOS圖像傳感器供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)也正在升溫。

本篇將聚焦CMOS技術(shù)，說(shuō)說(shuō)有關(guān)CMOS圖像傳感器的那些事。

讓你更了解CMOS圖像傳感器

圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的電子設(shè)備。為滿足不同應(yīng)用的特殊目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，它提供了不同級(jí)別的靈敏度和質(zhì)量。

美國(guó)貝爾實(shí)臉室發(fā)現(xiàn)電荷通過(guò)半導(dǎo)體勢(shì)阱發(fā)生轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，提出了固態(tài)成像這一新概念和一維CCD(Charge-Coupled Device電荷耦合器件)模型器件。此后很長(zhǎng)一段時(shí)間CCD主導(dǎo)著圖像傳感器市場(chǎng)。

但是隨著CCD應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其缺點(diǎn)逐漸暴露出來(lái)。CCD技術(shù)芯片技術(shù)工藝復(fù)雜，不能與標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容。這種芯片需要的電壓功耗也較大，因此CCD技術(shù)芯片價(jià)格昂貴且使用不便。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互補(bǔ)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)圖像傳感器從90年代開始獲得業(yè)界重視并且得到大量人力、物力進(jìn)行研發(fā)，由于CMOS圖像傳感器具有性價(jià)比高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，逐步扭轉(zhuǎn)市場(chǎng)格局。

目前市場(chǎng)上幾乎已經(jīng)呈現(xiàn)CMOS技術(shù)獨(dú)霸的現(xiàn)象。

CMOS技術(shù)是什么?與CCD技術(shù)又有何區(qū)別?

“模擬”CCD執(zhí)行光子到電子的轉(zhuǎn)換。CCD的設(shè)計(jì)目的是將電荷逐個(gè)像素地移動(dòng)，直到它們到達(dá)專用讀出區(qū)域放大器。CCD是線性傳感器，其輸出與接收到的光子數(shù)量直接相關(guān)。

“數(shù)字”CMOS圖像傳感器(CIS)執(zhí)行光子到電壓的轉(zhuǎn)換，它直接在像素上進(jìn)行放大。更高級(jí)的CIS技術(shù)提供了一個(gè)并行讀出架構(gòu)，其中每個(gè)像素都可以單獨(dú)尋址，或者作為一個(gè)組并行地讀出。

CCD：光子——電子(左) CMOS：光子——電壓(右)

CMOS圖像傳感器有四個(gè)主要組件：

光電二極管(PD)

像素設(shè)計(jì)

彩色濾光片(CF)

微透鏡

光電二極管(PD)用于捕捉光，一般用于實(shí)現(xiàn)這一功能的是PIN二極管或PN結(jié)器件。最廣泛實(shí)現(xiàn)的像素設(shè)計(jì)被稱為“有源像素傳感器”(APS)。通常使用3—6個(gè)晶體管，它們可以從大型電容陣列中獲得或緩沖像素。彩色濾光片用于分離反射光的紅、綠、藍(lán)(RGB)成分。最后，微透鏡從CIS的非活性部分收集光，并將其聚焦到光電二極管。微透鏡通常具有球形表面和網(wǎng)狀透鏡。

綜上，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低等優(yōu)勢(shì)，且CMOS傳感器的制造成本遠(yuǎn)低于CCD傳感器，使其在圖像傳感器領(lǐng)域占有率達(dá)到90%。

同時(shí)，CMOS圖像傳感器的背照式和堆棧式技術(shù)也逐漸發(fā)展起來(lái)，使得CMOS圖像傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越廣。智能手機(jī)的雙攝像頭、三攝像頭、3D攝像頭已經(jīng)屢見不鮮，再加上汽車、無(wú)人機(jī)、VR以及AR技術(shù)等新興市場(chǎng)的推動(dòng)，CMOS圖像傳感器正迎來(lái)新一輪的產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)高峰。