CMOs尺寸效应对图像传感器的影响

   众所周知,CMOs节点尺寸的缩小使得半导体产业能够制造更小的器件。该规则也适用于CMOS图像传感器。图7.1给出了IEDM和⒙SCC过去15年里发布的关于CMOs图像传感器的尺寸数据:2]。下方的曲线说明了CMOS节点尺寸的缩小效果,ITRs路线图也给出了类似的描述:3]。LL4154 第二个曲线显示了用于制作CMOs图像传感器的技术节点,第三曲线说明了同样器件的像素尺寸。需要说明的是:

   1)CMOS图像传感器使用的技术节点落后于ITRS的技术节点。理由非常简单,用于制造数字电路的先进CMOs工艺对图像传感器来说并不都是有利的(会带来大的漏电流,低的光灵敏度、噪声性能等问题)。

   2)CMOs图像传感器技术节点的缩放几乎与标准数字CMOS保持同步。

   3)像素尺寸和技术节点尺寸的比率约为⒛。

   CMOS图像传感器像素尺寸的缩小对整个图像产业是个非常重要的驱动因素。它对整体相机系统的各种参数有着非常大的影响。例如,如果一个CMOs图像传感器的像素间距等于P,则各种参数的比例因子是(保持的像素总数不变的情况下):

   从这个列表中,我们能清楚地看到,尽可能缩小像素尺寸是一个非常强大的驱动力。不幸的是,较小的像素对相机的光学和电学性能有负面影响,例如,像素/相机的比例性能是:

   像素尺寸的缩小会使以上性能参数变差。

   像素尺寸缩小的影响可以`总结如下:当相机装在盒子或背包里时,较小的像素能体现出很多优势;但是一旦当你打开相机开关想使用的时候,较小像素的缺点就凸显出来了。

   消费类市场需要更小的像素尺寸,同时CMOS技术的进步也提供了小像素的制造方法。但从上面的表格就能得出结论,较小的像素会导致较差的性能表现。在改进像素设计和加工技术的同时,又能够抵消像素尺寸缩小带来的性能损失,是一个现实的挑战。