CMOS圖像傳感器新技術(shù)--C3D

C3D（CMOSColorCaptiveDevice）是新一代半導(dǎo)體成像技術(shù)。它不僅提高了像素設(shè)計(jì)技術(shù)，也改進(jìn)了生產(chǎn)工藝。采用這種技術(shù)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(shè)計(jì)的選擇方案之外，還可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)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(shì)。

對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，為了最大限度地提高產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)做出合適的權(quán)衡取舍是至關(guān)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?dāng)_（cross－talk）同樣不可忽視。雖說(shuō)縮短硅芯片的壽命能夠減少串?dāng)_，但量子效率也會(huì)隨之下降。

CMOS圖像傳感器要對(duì)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(huì)產(chǎn)生較多的暗電流。為此，C3D技術(shù)采取了以下對(duì)策：首先，通過(guò)改進(jìn)CMOS工藝來(lái)降低暗電流的發(fā)生率；其次，壓縮結(jié)面積（JunctionArea）；最后，通過(guò)提高幀速率（FrameRate）來(lái)縮短暗電流的匯集時(shí)間。

像素尺寸縮小后，像素間的串?dāng)_便會(huì)增加。這雖然對(duì)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(huì)出現(xiàn)混色現(xiàn)象，造成圖像處理時(shí)的分色困難，從而產(chǎn)生褪色。為了減少像素間的串?dāng)_，人們往往采用延長(zhǎng)硅的載流子的壽命以及改進(jìn)硅加工工藝的方法。延長(zhǎng)載流子的壽命固然會(huì)提高量子效率，但由于電荷擴(kuò)散，也會(huì)使串?dāng)_增加。為此，C3D技術(shù)采用了有助于減少像素間串?dāng)_的特殊設(shè)計(jì)并對(duì)工藝做了改進(jìn)。

目前的CMOS圖像傳感器也存在著固定圖像噪聲的問(wèn)題，這是由傳感器固有結(jié)構(gòu)造成的。各個(gè)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(huì)使與其有關(guān)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(duì)這一問(wèn)題，C3D技術(shù)采用了對(duì)各種變化的靈敏度相對(duì)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(shí)還設(shè)計(jì)出了能夠進(jìn)一步減少失調(diào)的獨(dú)特電路。C3D的核心技術(shù)對(duì)上述的CMOS圖像傳感器所存在的固定圖像噪聲、像素間的串?dāng)_以及暗電流等缺陷均有所改善。而且，它還降低了對(duì)支持芯片的依賴程度。有望提供完全沒(méi)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(shù)的最大特點(diǎn)就是像素反應(yīng)的均一性。C3D技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)性能。因而，除了畫(huà)質(zhì)以外，設(shè)計(jì)人員還必須通過(guò)對(duì)功耗、幀速率、可編程增益和集成的設(shè)定、芯片上的開(kāi)窗口（windowing）/二次取樣方式、定時(shí)信號(hào)發(fā)生器、DC偏置的功能集成、電平移位器等全面考慮來(lái)減少所需芯片的數(shù)量，從而達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的目的。而C3D技術(shù)由于是針對(duì)具體應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)成像器的，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可借助它來(lái)完成片上功能集成并根據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的整體性能，使之獲得317萬(wàn)像素的分辨率。采用C3D技術(shù)的另一個(gè)設(shè)計(jì)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。