CMOS圖像傳感器新技術--C3D

C3D（CMOSColorCaptiveDevice）是新一代半導體成像技術。它不僅提高了像素設計技術，也改進了生產(chǎn)工藝。采用這種技術生產(chǎn)的0.25μmCMOS圖像傳感器，可以在保全性能的前提下增加晶體管的數(shù)量和占空因數(shù)（FillFactor）。除了增加像素設計的選擇方案之外，還可實現(xiàn)更加復雜的功能和更低的功耗。而且，該傳感器在速度方面也有很大優(yōu)勢。

對于設計人員而言，為了最大限度地提高產(chǎn)品質(zhì)量，設計時做出合適的權衡取舍是至關重要的。就圖像傳感器而言，量子效率是非常重要的，但暗電流和串擾（cross－talk）同樣不可忽視。雖說縮短硅芯片的壽命能夠減少串擾，但量子效率也會隨之下降。

CMOS圖像傳感器要對付的難題之一就是暗電流。迄今為止，CMOS成像器均采用較大的像素尺寸，工作速度較低，因此，即使暗電流的發(fā)生率在正常范圍，仍會產(chǎn)生較多的暗電流。為此，C3D技術采取了以下對策：首先，通過改進CMOS工藝來降低暗電流的發(fā)生率；其次，壓縮結(jié)面積（JunctionArea）；最后，通過提高幀速率（FrameRate）來縮短暗電流的匯集時間。

像素尺寸縮小后，像素間的串擾便會增加。這雖然對于黑白（單色）器件而言影響并不明顯，但加上濾色器（ColorFilter）之后就會出現(xiàn)混色現(xiàn)象，造成圖像處理時的分色困難，從而產(chǎn)生褪色。為了減少像素間的串擾，人們往往采用延長硅的載流子的壽命以及改進硅加工工藝的方法。延長載流子的壽命固然會提高量子效率，但由于電荷擴散，也會使串擾增加。為此，C3D技術采用了有助于減少像素間串擾的特殊設計并對工藝做了改進。

目前的CMOS圖像傳感器也存在著固定圖像噪聲的問題，這是由傳感器固有結(jié)構(gòu)造成的。各個像素或各列像素都具有自己的放大器，放大器中較小的失配會使與其有關的增益及偏置發(fā)生變化。結(jié)果產(chǎn)生固定圖像噪聲，用戶可在圖像上看到網(wǎng)格狀干擾。針對這一問題，C3D技術采用了對各種變化的靈敏度相對較低的放大器，以及制造更加穩(wěn)定的晶體管專用工藝等方法。同時還設計出了能夠進一步減少失調(diào)的獨特電路。C3D的核心技術對上述的CMOS圖像傳感器所存在的固定圖像噪聲、像素間的串擾以及暗電流等缺陷均有所改善。而且，它還降低了對支持芯片的依賴程度。有望提供完全沒有諸如輸出頻率限制、高功耗、高讀出噪聲等CCD局限性的數(shù)字成像產(chǎn)品。

C3D技術的最大特點就是像素反應的均一性。C3D技術重新定義了成像器的性能（即把系統(tǒng)的整體性能包括在內(nèi)）并提高了CMOS圖像傳感器在均一性和暗電流方面的標準性能。因而，除了畫質(zhì)以外，設計人員還必須通過對功耗、幀速率、可編程增益和集成的設定、芯片上的開窗口（windowing）/二次取樣方式、定時信號發(fā)生器、DC偏置的功能集成、電平移位器等全面考慮來減少所需芯片的數(shù)量，從而達到簡化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的目的。而C3D技術由于是針對具體應用來設計成像器的，因此，系統(tǒng)設計人員可借助它來完成片上功能集成并根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)參數(shù)進行設計，以提高系統(tǒng)的整體性能，使之獲得317萬像素的分辨率。采用C3D技術的另一個設計上的好處是利用了片上集成陣列的處理能力，由此可大幅度地減少后續(xù)的圖像處理量。