[教學]背照式感光元件(BSI-Back illuminated sensor)

admin

今天兩篇教學文...貼圖快貼死我了

這篇文很硬，有很多部分都是半導體和製程的東西，閱讀請小心



前端感光(FSI)技術一直是現有感光元件的架構，該技術因製程關係，二極體的製造屬於製程中的前端
因此二極體元件會放置於晶圓片的下層，後端則是製作金屬導線製作的部分
由於元件上層會有好幾層的金屬繞線(層數會根據製程能力不同而異)
因此，光線會由晶圓的上方穿過金屬狹縫和金屬層間的介電層到達感光二極體，感光二極體再根據不同的光強度，產生不同的電荷




若是用後端感光的方式，即可將光線由晶圓的基底投射到光感二極體
因為基底沒有上述的金屬光柵，所以光線的繞射與干涉問題完全不存在，光線進來的角度也可變得較大
由於光線直接到達矽基，因此影像感測器的填充係數(Fill Factor)獲得顯著改善，更因此背面照度(BSI)具有較好的有效受光面積
這就是BSI感光元件


但是BSI也不是沒有缺點，因為訊號由基底而來，會造成基底的雜訊變大，暗電流(Dark Current)變大，瑕疵的畫素增加
因為開孔率變大造成的色彩重疊(Color Mixture)等，都會使訊噪比(SNR)值變小。
容易造成影像產生雜訊，所以使用這種感光元件，必須要有良好的降噪能力設計




索尼(Sony)第一個發展出獨特的感光二極體架構與一種特殊的晶粒透鏡(On-chip Lens)來克服雜訊和BSI元件種種的問題
高精密度透鏡與晶粒對準技術使得色彩混雜的情形變小

在2008年6月，SONY推出BSI感光元件，其畫素大小為1.75mm，畫素高達五百萬及每秒達六十個畫面
其絕對靈敏度(F5.6)提高4.5dB，焦距比數(F-number)相依性提高1.5dB，焦距比數靈敏度提高6.0dB
在沒有光的雜訊值降低2dB。整體的訊號雜訊比變為6dB–(-2dB)=8dB

雖然SONY身為BSI的領導者，但是其實SONY的BSI依然有些不足的地方

以SONY A77為例，他是第一個採用BSI感光元件的DSLR，我們來看看他在雜訊上有什麼弱點





這圖是從SDF轉來的經典文章，一般來說，晶圓在切割的時候，會以鑽石刀切邊，並且將邊緣拋光
邊緣拋光的用意是因為防止超音波除塵器把感光元件的晶界弱點破壞，近而毀了整張感光元件


但是BSI感光元件因為製程中有被進行磨薄的處理，沒辦法用鑽石刀切割
所以可能改用了雷射刀，但是用雷射刀切割，四周容易因為高溫產生缺陷，進而在使用的時候發現熱噪噪點
所以BSI這個“熱框問題”在解決之前，大尺度的感光元件要使用在攝影上，可能還有一段路要走


恭喜你努力地看完了這篇文，下次再見

千夏奈奈

对感光元件了解不多，我们反正用的主要就PIN和APD俩，对彩色理解不多诶

戀＆氷夜子は

好厉害的样子