概述
双层晶体管像素是由索尼成功开发的创新性*1像素结构，是将过去分布在同一基片上的光电二极管与像素晶体管分离在不同的基片层上进行堆栈。这一结构使饱和信号量*3提升至原来的约2倍*2，扩大了动态范围并降低噪点。采用该结构，在较小的像素尺寸下也能显著提升成像特性。
*1) 截至2021年12月16日发布宣传时
*2) 我们的传统背照式 CMOS 图像传感器与应用该技术时的 1μm 方形转换之间的比较。
*3) 单个像素可以存储的最大电子数。
双层晶体管像素结构 参考视频
技术说明
分离光电二极管与像素晶体管，构建堆栈结构
堆栈式CMOS图像传感器是将背照式像素分布的像素芯片与信号处理电路分布的逻辑芯片重叠在一起构建的，而双层晶体管像素则是在此基础上的进一步升级。它利用了SSS的堆栈技术，将过去分布在像素芯片上、将光转换成电信号的光电二极管与控制信号的像素晶体管层分离到不同的基片上，构建堆栈结构。
光电二极管容量与放大晶体管尺寸的增加
这项技术通过分离光电二极管与像素晶体管层、构建堆栈结构，扩大了光电二极管的容量，并将饱和信号量*3提升至原来的约2倍*2。最终，成功扩大了代表可成像的明暗差范围的动态范围。
并且，它将传输控制晶体管（TRG）以外的复位晶体管（RST）、选择晶体管（SEL）和放大晶体管（AMP）等像素晶体管分布在没有光电二极管的基片层上，因此，可增加放大晶体管的尺寸。由此，使得在拍摄夜景等昏暗场景时容易产生的噪点显著减少。
在明暗差显著的场景中，也能实现接近肉眼的成像效果
尺寸远小于单反相机的手机用图像传感器可捕获的光量有限，因此，可成像的亮度范围较小。例如，在拍摄明暗差较大的逆光场景时，容易发生明亮部位过度曝光，昏暗部位发黑模糊，成像效果与肉眼所见截然不同的情况。
而本技术将饱和信号量提升至原来的约2倍*2，成功扩大了代表可成像的明暗差范围的动态范围。凭借这项技术，在拍摄逆光等场景时，不增加图像传感器尺寸也能抑制过度曝光或暗部模糊，实现接近肉眼所见的成像效果。
旧堆栈式CMOS图像传感器的模拟映像（SDR）
双层晶体管像素CMOS图像传感器的模拟映像（HDR）
在室内或夜景等昏暗场景也能拍摄出噪点较少的照片
如果在拍摄夜景或昏暗的房间等暗处时，想要增加亮度，就会产生粗糙的颗粒状噪点。
本技术通过增加放大晶体管尺寸，成功使拍摄暗处时容易产生的噪点显著减少。在拍摄室内或夜景等昏暗场景时，不增加图像传感器尺寸，也能实现噪点少的高画质成像效果。
旧堆栈式CMOS图像传感器拍摄的映像
双层晶体管像素CMOS图像传感器拍摄的映像
双层晶体管像素CMOS图像传感器拍摄时可以降低夜空和肌肤的噪声
相关产品和解决方案
-
图像传感器
手机图像传感器“光喻”LYTIA
单击此处获取有关配备此技术的手机图像传感器“光喻”LYTIA产品信息。
联系我们
有关索尼半导体解决方案集团以及产品、服务的咨询和规格、报价/采购等请求，请点击下方按钮填写专用表格与我们联系。