通天战队|智能手机成像技术的最高境界
【通天战队|智能手机成像技术的最高境界】翻译自——techinsights
影像传感器最为关键的规格是像素尺寸 ， 像素尺寸越大则进光量越大 ， 在相同时间里可以承载更多光线能量 ， 便可以更明显的提升画质 ， 更真实的还原影像场景 。 而数字相机, 监控和手机所采用影像传感器的素像尺寸是不一样 。 通常数字相机、监控使用大尺寸像素的影像传感器 ， 但像素尺寸增大则影像传感器面积会大幅增加 ， 摄像头模块体积也相对增大 ， 模块高度增加 ， 功耗大幅增加 ， 发热量增加等问题产生 ， 这样的变化在监控固然可以接受 ， 但放在追求便于携带的手机等手持式应用上是不太合适 。
实际上 ， 即便是一些不喜欢采用高像素摄像头的手机制造商 ， 像素阱加深也是趋势 。 不过一旦像素阱变深了 ， 那么临近像素之间就更容易产生串扰 。 目前手机CIS解决串扰问题的技术焦点就在深槽隔离技术（DTI）上 ， 即在每个像素阱之间加入隔断、避免串扰 。
普及一下DTI的机制：
一般来说不具备DTI像素隔离技术的影像传感器在手机照相时 ， 随着像素变得越来越小 ， 像素之间会发生彼此之间抗干扰能力减弱 ， 造成错误的感应光源颜色 ， 这个现象被称为串扰(crosstalk) ， 光电二极管会将光能部分转化成为细微的电流 ， 而这些电流有时会出现在不该出现的地方 ， 造成干扰而影响影像的色彩 。 DTI像素隔离技术简单说就是在像素之间建立『隔离墙』增加光线利用率降低干扰 ， 提升抗噪能力和颜色纯净度 ， 让影像的色彩表现更加出色 。
如下图 ， Si-SiO2界面可用作隔离墙阻止电子扩散 ， 降低串扰；Si-SiO2组成了类波导结构 ， 将光线限制在硅中 ， 实现了光学隔离 ， 并且延长光在硅中的光程 ， 提高量子效率、降低串扰 。 与前两种解决方案相比 ， DTI结构的隔离效果最为显著 。 另外 ， 沟槽越深 ， DTI的隔离性越好 ， 串扰越小 。 由下图结果知 ， DIT的深度一般要超过4μm 。
那么为什么DTI对小像素性能如此重要?
下图说明了缩放后 ， 像素的主要问题 ， 包括保持可接受的光电二极管满井容量(FWC)和抑制串扰 。 通过增加活性硅的厚度可以解决满井容量大小FWC问题;然而 ， 如果没有高性能的DTI结构 ， 串扰问题将是一个限制因素 。
从概念上讲 ， DTI结构很容易理解 。 这些可以在来自前面的工艺流(前面DTI或F-DTI)的较早的过程流中实现 ， 或者在活性Si稀释工艺(后面DTI或B-DTI)之后的较晚的过程流中实现 。 这两种策略现在都在大量生产中 ， 并且都需要仔细的开发来缓解DTI蚀刻工艺产生的暗电流问题 。
Small Pixel Scaling, DTI Structures
下图展示了通过像素生成对选定的旗舰智能手机图像像素的有效Si厚度进行了调查 。 我们的逆向工程内容细致地记录了IDM/foundry公司的F-DTI/B-DTI发展 ， 这里数据集被简化了 ， 只显示高层次的趋势 。
DTI首先被引入到具有常规的或稍厚的活化Si的背照像素中 ， 然然后进行优化 ， 使其随着时间的推移具有较大的有源硅 。 例如 ， DTI在早期达到1.0××m像素 ， 活化Si厚度为2.5××m到2.7××m ， 后来Si厚度达到3.9××m 。 通过对0.8 μm和0.9 μm像素代的研究 ， 可以清楚地看到 ， 为了获得足够的像素性能 ， 我们选择了>3.5 μm的活化Si厚度 。
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