Sony Semiconductor Solutions Corporation (“Sony”) ha annunciato di essere riuscita a viluppare il primo sensore d’immagine CMOS stacked con tecnologia 2-Layer Transistor Pixel. A differenza dei normali sensori d’immagine CMOS, in cui i fotodiodi e i transistor dei pixel occupano il medesimo substrato, la nuova tecnologia di Sony separa i fotodiodi dai transistor dei pixel collocandoli su substrati diversi.
La nuova architettura riesce a raddoppiare all’incirca il livello del segnale di saturazione rispetto ai sensori d’immagine convenzionali, ampliando il range dinamico e riducendo il rumore, apportando un significativo miglioramento alle caratteristiche di imaging.
Il produttore spiega che con la nuova tecnologia, i pixel hanno una struttura che consente loro di mantenere o migliorare le attuali proprietà, non solo a parità di dimensioni, ma anche in caso di pixel più piccoli.
Un sensore d’immagine CMOS di tipo stacked adotta una struttura a strati: il chip dei pixel, composto da pixel retroilluminati, è sovrapposto a uno strato logico, che ospita i circuiti di elaborazione dei segnali. All’interno del chip dei pixel, i fotodiodi, che servono a convertire la luce in segnali elettrici, e i transistor dei pixel, che controllano i segnali, sono collocati gli uni accanto agli altri sullo stesso strato. Riuscire ad aumentare il livello del segnale di saturazione, a fronte dei vincoli di formato, consente di migliorare ulteriormente la qualità delle immagini e di ampliare la gamma dinamica.
La nuova architettura rappresenta un’evoluzione rispetto agli attuali sensori d’immagine CMOS di tipo stacked. Sempre sfruttando la tecnologia stacked, Sony è riuscita a disporre i fotodiodi e i transistor dei pixel su substrati separati, posizionati uno sopra l’altro.
Nei normali sensori d’immagine CMOS stacked, invece, questi componenti si trovano gli uni accanto agli altri sullo stesso substrato. La nuova tecnologia stacked permette di adottare architetture che favoriscono l’ottimizzazione sia dello strato dei fotodiodi sia di quello dei transistor. In questo modo, il livello del segnale di saturazione risulta quasi doppio rispetto ai sensori d’immagine convenzionali, traducendosi a sua volta in un range dinamico più ampio.
Inoltre, poiché tutti i transistor, eccetto i TRG (Transfer Gate), ossia quelli di reset (RST), di selezione (SEL) e di amplificazione (AMP), non devono più condividere lo strato con i fotodiodi, diventa possibile aumentare le dimensioni dei transistor di amplificazione. Così facendo, secondo Sony è possibile riuscire a ridurre in misura significativa i livelli di rumore che solitamente accompagnano le immagini notturne o poco illuminate.
Il range dinamico più ampio e la riduzione del rumore, ottenuti grazie alla nuova tecnologia, impediscono la sottoesposizione e la sovraesposizione nelle situazioni di piena luce e controluce e consentono di realizzare immagini a basso rumore e di alta qualità, persino in condizioni di scarsa luminosità (ad esempio, nelle scene in interni e notturne).
A detta di Sony, questa tecnologia contribuirà alla realizzazione di immagini di qualità sempre più elevata, ad esempio nelle fotografie scattate con gli smartphone.
