用最簡單的方式,讓你理解什麼是堆棧式CMOS

在上一篇文章中,我們介紹了什麼是背照式CMOS。在索尼的體系中,它以Exmor R作為產品線的名稱。同時,我們也看到了一類叫作Exmor RS的CMOS,這就是堆棧式CMOS。

如何用最簡單的方式理解堆棧式CMOS?

這得從CMOS的製造工藝說起。在傳統CMOS製造時,需要使用光刻機在硅片上進行蝕刻,劃分出像素區域和處理電路區域。這個處理電路不是像素上方或下方的電路,而是另一塊整體的控制電路。

用最簡單的方式,讓你理解什麼是堆棧式CMOS

[1]為像素區域

[2]為處理電路

在蝕刻時,會有一個問題,以索尼用於手機等的小CMOS為例,它對於像素區域的製造工藝,可以使用65nm的製程(可簡單理解為製造精度),但對於處理電路的區域,65nm的製程是不夠的,如果能用45nm的製程製造,那麼在處理電路上的晶體管數量就能翻倍,這樣,圖像從像素處理出來的速度就更快,畫質就能更好。但因為在同一片硅片上進行蝕刻,沒法使用兩個製程來製造。

所以很容易想到,如果將這兩個區域分開,像素區域放在一個硅片上,用65nm製程製造,處理電路放在另一個硅片上,用45nm製程製造,再將它們堆疊拼起來,那這個矛盾就解決了。

這就是堆棧式CMOS。

用最簡單的方式,讓你理解什麼是堆棧式CMOS

[1]為像素區域

[2]為處理電路

[3]為高速緩存

堆棧式,背照式,前照式,這三個類型是單獨的,不存在從屬關係。我們可以使用背照式的技術,再用堆棧式的結構,發揮最大優點。所以索尼的Exmor RS,其實就是背照式和堆棧式的結合。

有了堆棧式的結構,我們能在處理電路得到更多的晶體管,擁有更快的速度,因此,原來不容易實現的HDR、升格等,現在變得很常見。讀出速度也變得更快,因此果凍效應更小。而且,由於將像素區域和處理電路區域堆疊,像素區域能做得更大。

用最簡單的方式,讓你理解什麼是堆棧式CMOS

而且,使用堆棧式能帶來一些特殊的技術。如我們常見的拜耳排列大多是RGGB的,畫面的亮度是通過亮度方程(Y=0.299R+0.587G+0.114B),由RGB色光的值算出來的。但使用堆棧式技術,人們研究出了一種新的拜耳排列RGBW,其中,RGB對應常見的紅綠藍,W對應白,對亮度感光。這樣,傳感器的低光感光能力就大大提升。

用最簡單的方式,讓你理解什麼是堆棧式CMOS

另一個就是剛才提到的HDR,在堆棧式下,能夠支持硬件HDR,即在感光元件層面就實現了高動態範圍,而不需進入到攝影機的處理器中計算,這樣,就能更快更直接的得到HDR視頻。

但現在由於工藝和成本的問題,小CMOS製造堆棧式已經比較普遍,而類似半幅、全幅的堆棧式CMOS,仍然比較昂貴,索尼的A9就採用了全幅的堆棧式CMOS,因此23000多元貴得也不是沒有道理。

用最簡單的方式,讓你理解什麼是堆棧式CMOS

當然將來越來越多的CMOS會採用堆棧式結構,隨著工藝的成熟,我們也能得到更多高畫質低價格的產品。


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