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“高像素即正义”热潮下，手机拍照能超过单反？
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最后更新: 2019-12-05 09:18:39高像素背后的技术、芯片升级
在CMOS图像传感器上，相机相对手机是“底大一级压死人”，但手机厂商也在不断改善这种状况。据电子工程网的介绍，在拍摄过程中，像素收集光子的过程，类似于在某片空地上放满盆子，下雨时雨点落进盆里。可以将一个像素集满光子的能力定义为“满阱容量”，也就是盆子能盛多少雨水。
图/电子工程专辑，下同
目前，在像素尺寸已经如此小并在进一步趋小的情况下，增加满阱容量的方案就是增加“阱深”。据了解，针对像素阱的设计都是需要厂商花重金去试错，更早1.0μm像素时代的active Si厚度为2.5-2.7μm，现在则加深到了3.9μm。
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。今年的MWC 2019上海展会上，三星着力展示的就是这种DTI技术，并市场宣传中称其为ISOCELL。
上图的索尼和三星最新的0.8μm像素，可以看到两者的像素隔断差别还比较大。索尼采用的是B-DTI，三星所用的F-DTI方案要求必须采用VTG，所以其隔断会比较完整。这似乎也是目前三星着力的宣传点。另外，索尼所用的氧化物填充B-DTI隔断为150nm宽度，三星则为110nm。
随着像素变小、active Si厚度变大，DTI结构本身也在持续进化中。DTI以及相应的钝化技术是目前像素越做越小的关键所在。如果说高像素真的只是噱头并且会让画质变差的话，那么三星、索尼、OmniVision这些厂商又为何要非要投入大量成本研发此类技术呢？
除了DTI之外，近1-2年手机CMOS图像传感器领域的另一个热门技术就是芯片堆栈——技术核心是chip-to-chip的互连。这和索尼更早应用了“Stacked”堆栈式技术的Exmor RS图像传感器产品不一样。当年的stacked技术是把像素周围的电路移到下层去，电路不需要占用像素表面的位置，让像素感光开口更大。
现在的芯片堆栈是指将CIS、ISP和DRAM三层堆叠在一起。从结构上说，堆栈式CMOS是背照式CMOS的一个全新升级版本，具有高像素化、高性能化及小型化的特点。无论是背照式CMOS还是堆栈式CMOS都是两层的，在iPhone XS和华为P30 Pro的摄像头中，索尼用的是6.0μm间距的Cu-Cu混合连接，用以替代TSV（硅穿孔）互联方案。
目前，索尼的MotionEye™相机堆叠记忆芯片传感器已采用三层堆叠式，这种传感器的核心技术是在像素层和信号处理电路层之间加入了一层DRAM缓存，形成了三明治结构，是真正的三层互联。不过三星的“三层”堆叠，是把DRAM die以倒装芯片的方式置于ISP与CIS双die堆叠后方，DRAM融合了两层RDL层以及一个高厚径比的TSV贯穿到ISP，实现连接。
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- 责任编辑: 陈辰
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