用最简单的方式,让你理解什么是堆栈式CMOS

在上一篇文章中,我们介绍了什么是背照式CMOS。在索尼的体系中,它以Exmor R作为产品线的名称。同时,我们也看到了一类叫作Exmor RS的CMOS,这就是堆栈式CMOS。

 

如何用最简单的方式理解堆栈式CMOS?

 

这得从CMOS的制造工艺说起。在传统CMOS制造时,需要使用光刻机在硅片上进行蚀刻,划分出像素区域和处理电路区域。这个处理电路不是像素上方或下方的电路,而是另一块整体的控制电路。

 

用最简单的方式,让你理解什么是堆栈式CMOS

[1]为像素区域

[2]为处理电路

 

在蚀刻时,会有一个问题,以索尼用于手机等的小CMOS为例,它对于像素区域的制造工艺,可以使用65nm的制程(可简单理解为制造精度),但对于处理电路的区域,65nm的制程是不够的,如果能用45nm的制程制造,那么在处理电路上的晶体管数量就能翻倍,这样,图像从像素处理出来的速度就更快,画质就能更好。但因为在同一片硅片上进行蚀刻,没法使用两个制程来制造。

 

所以很容易想到,如果将这两个区域分开,像素区域放在一个硅片上,用65nm制程制造,处理电路放在另一个硅片上,用45nm制程制造,再将它们堆叠拼起来,那这个矛盾就解决了。

 

这就是堆栈式CMOS。

 

用最简单的方式,让你理解什么是堆栈式CMOS

[1]为像素区域

[2]为处理电路

[3]为高速缓存

 

堆栈式,背照式,前照式,这三个类型是单独的,不存在从属关系。我们可以使用背照式的技术,再用堆栈式的结构,发挥最大优点。所以索尼的Exmor RS,其实就是背照式和堆栈式的结合。

 

有了堆栈式的结构,我们能在处理电路得到更多的晶体管,拥有更快的速度,因此,原来不容易实现的HDR、升格等,现在变得很常见。读出速度也变得更快,因此果冻效应更小。而且,由于将像素区域和处理电路区域堆叠,像素区域能做得更大。

 

用最简单的方式,让你理解什么是堆栈式CMOS

 

而且,使用堆栈式能带来一些特殊的技术。如我们常见的拜耳排列大多是RGGB的,画面的亮度是通过亮度方程(Y=0.299R+0.587G+0.114B),由RGB色光的值算出来的。但使用堆栈式技术,人们研究出了一种新的拜耳排列RGBW,其中,RGB对应常见的红绿蓝,W对应白,对亮度感光。这样,传感器的低光感光能力就大大提升。

用最简单的方式,让你理解什么是堆栈式CMOS

另一个就是刚才提到的HDR,在堆栈式下,能够支持硬件HDR,即在感光元件层面就实现了高动态范围,而不需进入到摄影机的处理器中计算,这样,就能更快更直接的得到HDR视频。

 

但现在由于工艺和成本的问题,小CMOS制造堆栈式已经比较普遍,而类似半幅、全幅的堆栈式CMOS,仍然比较昂贵,索尼的A9就采用了全幅的堆栈式CMOS,因此23000多元贵得也不是没有道理。

 

用最简单的方式,让你理解什么是堆栈式CMOS

 

当然将来越来越多的CMOS会采用堆栈式结构,随着工艺的成熟,我们也能得到更多高画质低价格的产品。