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“高像素即正義”熱潮下，手機拍照能超過單反？
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最后更新: 2019-12-05 09:18:39高像素背后的技術、芯片升級
在CMOS圖像傳感器上，相機相對手機是“底大一級壓死人”，但手機廠商也在不斷改善這種狀況。據電子工程網的介紹，在拍攝過程中，像素收集光子的過程，類似于在某片空地上放滿盆子，下雨時雨點落進盆里。可以將一個像素集滿光子的能力定義為“滿阱容量”，也就是盆子能盛多少雨水。
圖/電子工程專輯，下同
目前，在像素尺寸已經如此小并在進一步趨小的情況下，增加滿阱容量的方案就是增加“阱深”。據了解，針對像素阱的設計都是需要廠商花重金去試錯，更早1.0μm像素時代的active Si厚度為2.5-2.7μm，現在則加深到了3.9μm。
實際上，即便是一些不喜歡采用高像素攝像頭的手機制造商，像素阱加深也是趨勢。不過一旦像素阱變深了，那么臨近像素之間就更容易產生串擾。目前手機CIS解決串擾問題的技術焦點就在深槽隔離技術（DTI）上，即在每個像素阱之間加入隔斷、避免串擾。今年的MWC 2019上海展會上，三星著力展示的就是這種DTI技術，并市場宣傳中稱其為ISOCELL。
上圖的索尼和三星最新的0.8μm像素，可以看到兩者的像素隔斷差別還比較大。索尼采用的是B-DTI，三星所用的F-DTI方案要求必須采用VTG，所以其隔斷會比較完整。這似乎也是目前三星著力的宣傳點。另外，索尼所用的氧化物填充B-DTI隔斷為150nm寬度，三星則為110nm。
隨著像素變小、active Si厚度變大，DTI結構本身也在持續進化中。DTI以及相應的鈍化技術是目前像素越做越小的關鍵所在。如果說高像素真的只是噱頭并且會讓畫質變差的話，那么三星、索尼、OmniVision這些廠商又為何要非要投入大量成本研發此類技術呢？
除了DTI之外，近1-2年手機CMOS圖像傳感器領域的另一個熱門技術就是芯片堆棧——技術核心是chip-to-chip的互連。這和索尼更早應用了“Stacked”堆棧式技術的Exmor RS圖像傳感器產品不一樣。當年的stacked技術是把像素周圍的電路移到下層去，電路不需要占用像素表面的位置，讓像素感光開口更大。
現在的芯片堆棧是指將CIS、ISP和DRAM三層堆疊在一起。從結構上說，堆棧式CMOS是背照式CMOS的一個全新升級版本，具有高像素化、高性能化及小型化的特點。無論是背照式CMOS還是堆棧式CMOS都是兩層的，在iPhone XS和華為P30 Pro的攝像頭中，索尼用的是6.0μm間距的Cu-Cu混合連接，用以替代TSV（硅穿孔）互聯方案。
目前，索尼的MotionEye?相機堆疊記憶芯片傳感器已采用三層堆疊式，這種傳感器的核心技術是在像素層和信號處理電路層之間加入了一層DRAM緩存，形成了三明治結構，是真正的三層互聯。不過三星的“三層”堆疊，是把DRAM die以倒裝芯片的方式置于ISP與CIS雙die堆疊后方，DRAM融合了兩層RDL層以及一個高厚徑比的TSV貫穿到ISP，實現連接。
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- 責任編輯: 陳辰
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