未來展望——FSI 和BSI 圖像傳感器技術(shù)

　　一旦光導(dǎo)管把光子傳送到硅片表面，光電二極管開始工作。鑒于硅片的光吸收特性，光電二極管的區(qū)域應(yīng)該延伸至幾個微米的深度。在設(shè)計(jì)光電檢測器時，可把耗盡深度（depletion depth）延伸入硅晶圓，使光子收集與保存的空間分辨率最大化(見圖1最右邊的示意圖)。其關(guān)鍵在于盡量增大相鄰光電二極管之間的隔離，并形成一個深結(jié)(deep junction)，以消除較大波長光子產(chǎn)生的、沒有在光電二極管中被吸收的任何光電荷。

FSI的優(yōu)點(diǎn)

先進(jìn)的FSI像素采用設(shè)計(jì)優(yōu)化光導(dǎo)管，可降低串?dāng)_。這些光導(dǎo)管還能夠增大入射光的接收角，從而允許相機(jī)采用主光角更大的鏡頭，并為相機(jī)模塊設(shè)計(jì)提供更大的靈活性，比如模塊高度可以更小。

在 1.4 微米像素下對BSI和FSI技術(shù)進(jìn)行比較可看出，F(xiàn)SI 能以更低的成本獲得同等的性能。這種成本優(yōu)勢可能源于其需要更少的工藝步驟，以及因其制造工藝更成熟而獲得的更高良率?？紤]到 FSI串?dāng)_更小，BSI的QE更高，兩者的成像性能和信噪比(SNR)基本相等或接近。

最近，圖像傳感器公司Aptina Imaging Corporation開發(fā)出Aptina A-Pix FSI 技術(shù)，采用新的寬型光導(dǎo)管、更先進(jìn)的微透鏡和光學(xué)層，以及深度光電二極管，提升了FSI技術(shù)的能力。利用65nm 像素設(shè)計(jì)規(guī)則的先進(jìn)半導(dǎo)體制造工藝，可以實(shí)現(xiàn)更寬的金屬開口，從而能夠在像素中插入更大的光導(dǎo)管，使更多的光子通過互連層，并在深度光電二極管中有效捕捉這些光子。這些改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的1.4微米像素，可獲得50~60%的QE，而串?dāng)_為5~15%。這種高QE接近BSI的QE，然而FSI的串?dāng)_一般更小，凈總體圖像質(zhì)量堪比1.4微米像素。上述改進(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)高性能的1.4微米像素商用圖像傳感器，無需從FSI轉(zhuǎn)向BSI(見圖4)。

雖然需要1.1微米像素傳感器的未來應(yīng)用預(yù)計(jì)將采用BSI技術(shù)，但是FSI 也有望促進(jìn)下一代產(chǎn)品的發(fā)展。FSI非常適合于需要“更大”像素的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，微光和總體成像性能比更高的分辨率更重要。視頻類應(yīng)用，特別是高清(HD)視頻，將推動HD分辨率下性能的提高。對于高質(zhì)量HD 視頻應(yīng)用，采用FSI技術(shù)的1.4微米、1.75微米或更大的像素預(yù)計(jì)還將在市場持續(xù)很長一段時間。

圖3 背面照度(BSI)像素的簡單圖解