CMOS圖像傳感器新技術--C3D

C3D（CMOSColorCaptiveDevice）是新一代半導體成像技術。它不僅提高了像素設計技術，也改進了生產工藝。采用這種技術生產的0.25μmCMOS圖像傳感器，可以在保全性能的前提下增加晶體管的數量和占空因數（FillFactor）。除了增加像素設計的選擇方案之外，還可實現更加復雜的功能和更低的功耗。而且，該傳感器在速度方面也有很大優勢。

對于設計人員而言，為了最大限度地提高產品質量，設計時做出合適的權衡取舍是至關重要的。就圖像傳感器而言，量子效率是非常重要的，但暗電流和串擾（cross－talk）同樣不可忽視。雖說縮短硅芯片的壽命能夠減少串擾，但量子效率也會隨之下降。

CMOS圖像傳感器要對付的難題之一就是暗電流。迄今為止，CMOS成像器均采用較大的像素尺寸，工作速度較低，因此，即使暗電流的發生率在正常范圍，仍會產生較多的暗電流。為此，C3D技術采取了以下對策：首先，通過改進CMOS工藝來降低暗電流的發生率；其次，壓縮結面積（JunctionArea）；最后，通過提高幀速率（FrameRate）來縮短暗電流的匯集時間。

像素尺寸縮小后，像素間的串擾便會增加。這雖然對于黑白（單色）器件而言影響并不明顯，但加上濾色器（ColorFilter）之后就會出現混色現象，造成圖像處理時的分色困難，從而產生褪色。為了減少像素間的串擾，人們往往采用延長硅的載流子的壽命以及改進硅加工工藝的方法。延長載流子的壽命固然會提高量子效率，但由于電荷擴散，也會使串擾增加。為此，C3D技術采用了有助于減少像素間串擾的特殊設計并對工藝做了改進。

目前的CMOS圖像傳感器也存在著固定圖像噪聲的問題，這是由傳感器固有結構造成的。各個像素或各列像素都具有自己的放大器，放大器中較小的失配會使與其有關的增益及偏置發生變化。結果產生固定圖像噪聲，用戶可在圖像上看到網格狀干擾。針對這一問題，C3D技術采用了對各種變化的靈敏度相對較低的放大器，以及制造更加穩定的晶體管專用工藝等方法。同時還設計出了能夠進一步減少失調的獨特電路。C3D的核心技術對上述的CMOS圖像傳感器所存在的固定圖像噪聲、像素間的串擾以及暗電流等缺陷均有所改善。而且，它還降低了對支持芯片的依賴程度。有望提供完全沒有諸如輸出頻率限制、高功耗、高讀出噪聲等CCD局限性的數字成像產品。

C3D技術的最大特點就是像素反應的均一性。C3D技術重新定義了成像器的性能（即把系統的整體性能包括在內）并提高了CMOS圖像傳感器在均一性和暗電流方面的標準性能。因而，除了畫質以外，設計人員還必須通過對功耗、幀速率、可編程增益和集成的設定、芯片上的開窗口（windowing）/二次取樣方式、定時信號發生器、DC偏置的功能集成、電平移位器等全面考慮來減少所需芯片的數量，從而達到簡化系統整體結構的目的。而C3D技術由于是針對具體應用來設計成像器的，因此，系統設計人員可借助它來完成片上功能集成并根據現有的系統參數進行設計，以提高系統的整體性能，使之獲得317萬像素的分辨率。采用C3D技術的另一個設計上的好處是利用了片上集成陣列的處理能力，由此可大幅度地減少后續的圖像處理量。