2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術を世界で初めて開発 ソニー

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ソニーセミコンダクタソリューションズは2021年12月16日、世界初となる2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術を開発したと発表した。従来比約2倍となる飽和信号量を確保し、ダイナミックレンジを拡大、ノイズを低減して撮像特性が大幅に向上している。

積層型CMOSイメージセンサーは、裏面照射型画素が形成された画素チップと信号処理回路が形成されたロジックチップとを重ね合わせた2層構造となる。画素チップには、光を電気信号に変換するフォトダイオードと、信号を制御するための画素トランジスタが同じ層に配置されている。ダイナミックレンジの広い高画質な撮影には、飽和信号量を限られた領域の中でいかに大きくするかが重要になる。

今回開発した2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術は、積層型CMOSイメージセンサーをさらに進化させたもので、同社の積層技術により、従来同一基板上に形成していたフォトダイオードと画素トランジスタの層を別々の基板に形成し、積層している。これにより、それぞれの層を最適化した構造を採用できるため、従来比約2倍となる飽和信号量を確保。ダイナミックレンジの拡大に寄与する。

さらに、転送ゲート(TRG)以外のリセットトランジスタ(RST)、セレクトトランジスタ(SEL)、アンプトランジスタ(AMP)などの画素トランジスタをフォトダイオードとは別の層に形成したことで、アンプトランジスタのサイズを拡大。夜景などの暗所撮影時に発生しやすいノイズを大幅に低減させている。

ダイナミックレンジを拡大し、ノイズを低減する同技術により、逆光などの明暗差が大きいシーンでも白飛びや黒つぶれがなく、室内や夜景などの暗いシーンでもノイズの少ない高画質な撮影ができる。

同技術による画素構造は、今後さらに微細画素となった場合にも画素特性の維持や向上にも貢献する。

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