Így működik a hátulról megvilágított szenzor (BSI, BI)

Ha felkérnének valakit arra, hogy tervezzen egy képérzékelőt, akkor természetes lenne, hogy a foto szenzorokat a fényhez legközelebbi oldalra helyezze. Azonban eddig – a chipek gyártási eljárása miatt – pont fordítva volt a helyzet, a fényt fogadó receptorok alulra, a vezetékrétegek alá lettek elhelyezve. Ezen változtatott gyökeresen a nem olyan rég bevezetett „back-illuminated”, avagy hátulról megvilágított (BSI, vagy BI) szenzortechnológia. Immár lehetséges a lapkák „helyes” felépítése szerinti gyártás, azaz a receptorok oda kerültek, ahová valók: legközelebb a beeső fényhez. A hátulról megvilágított szenzorok jobb fényhasznosításuk miatt kerültek a címlapokra, azonban ebben nem merül még ki az előnyük.

Miért vannak „fejjel lefelé” a kamerák képérzékelői és miért lényeges ez a kérdés?

A szilícium egyszerre több szerepet tölt be: egyrészt ez az alaprétege a chipeknek, másrészt ez az anyag, amiben végbe megy a fotonok elektromos árammá alakításának „varázslata”, amiből később a fénykép áll össze. Tehát, ha a szubsztrátumon hozzuk létre a fényérzékeny felületeket és föléjük helyezzük el az elektronikát úgy, hogy a vezetékezésen réseket hagyunk a beeső fény részére pont a pixelek fölött, akkor ez a legegyszerűbb módja a szenzorépítésnek. Amint nőtt a fényképezőgépek felbontása, úgy csökkent a pixelek mérete –az okostelefonokra ez hatványosan érvényes, hiszen ezekbe általában körömpiszoknyi lapkákat szerelnek. Ennek a folyamatnak a hatására a szenzor felületének egyre nagyobb részét fedte a vezetékezés, így egyre kevesebb és kevesebb fény jutott el érdemben a fényérzékelő pixelekre. Új megoldásokra volt hát szükség, hogy ismét növelni lehessen a chipek fényérzékelő felületét úgy, hogy azt ne befolyásolja negatívan a felbontás emelése.

A hagyományos „elölről megvilágított” dizájn problémái

Ha a képérzékelő csupán egy réteg fényérzékeny szilíciumból állna, teljesen mindegy lenne, melyik oldalát fordítanánk a fény felé. Egy pixel azonban sokkal több, mint csupán egy fényérzékelő dióda. Tartoznak hozzá még tranzisztorok és vezetékezés, melyek a felerősített jelet továbbítják a chip jelfeldolgozó egységéhez. Ezt az elektronikát általában a szilícium legfelső rétegére helyezik, aminek eredményeképpen a fényérzékeny felület egy része takarásba kerül. A pixelek így egyfajta „aknaként” jelennek meg, melyek „fenekére” kell érnie a fénysugaraknak.

fsis.gif

Hagyományos szenzor

Amint az várható, ha a fényérzékeny diódákat ezen aknák fenekére helyezzük, lecsökken az azokat elérő fotonok száma, mivel a fénysugarak egy része a vezetékezésről visszaverődik. A pixelek így ráadásul jóval érzékenyebbek is a fénysugarak beesési szögére, mert a túl lapos szögben érkezők haszontalanul a pixelakna falának csapódnak. Bár a mikrolencséknek pont az lenne a feladata, hogy ezeket a tüneteket enyhítsék és fénytöréssel a pixelek (azaz pont az akna feneke) felé terelgessék a fotonokat, de ennek ellenére a fény java nem hasznosul. A tipikus fényhasznosítási aránya egy ilyen klasszikus felépítésű szenzornak 30-80% közt mozog. Ezzel szemben a hátulról megvilágított érzékelő 100%-os töltéssel dolgozik.

bsi.gif

Hátulról megvilágított szenzor

De az elektronikáról össze-vissza tükröződő és verődő fénynek más nem kívánatos hatása is van, mint például a vinyettálás és a többi pixelek fényszennyezése (zajosodás) – tehát mindenképp kívánatos az olyan lapka, amelynél felül vannak a fényérzékeny diódák. A BSI szenzorok előnye tehát, hogy sokkal jobban tűrik a lapos szögben beérkező fénysugarakat is, nem kell azokat levezetni „a katlan mélyére” a pixelben – szinte tetszőleges szögből érkezhet a fénynyaláb. De ez csak a kezdet, a közeljövőben vélhetően radikális fejlődésen mehet majd keresztül ez az új technológia (rétegelt szenzorfelépítés, elektronikus központi zár stb.), melynek egyik élenjárója a Sony (Exmor R, Exmor RS lakpkák). (Készült az extremtech.com cikke alapján)

Hirdetések:
Weboldal készítés

.

Ezek is érdekelhetnek...