浅谈图像传感器新技术C3D

C3D（CMOSColorCaptiveDevice）是新一代半导体成像技术。它不仅提高了像素设计技术，也改进了生产工艺。采用这种技术生产的0.25μmCMOS图像传感器，可以在保全性能的前提下增加晶体管的数量和占空因数（FillFactor）。除了增加像素设计的选择方案之外，还可实现更加复杂的功能和更低的功耗。而且，该传感器在速度方面也有很大优势。

对于设计人员而言，为了最大限度地提高产品质量，设计时做出合适的权衡取舍是至关重要的。就图像传感器而言，量子效率是非常重要的，但暗电流和串扰（cross－talk）同样不可忽视。虽说缩短硅芯片的寿命能够减少串扰，但量子效率也会随之下降。

CMOS图像传感器要对付的难题之一就是暗电流。迄今为止，CMOS成像器均采用较大的像素尺寸，工作速度较低，因此，即使暗电流的发生率在正常范围，仍会产生较多的暗电流。为此，C3D技术采取了以下对策：首先，通过改进CMOS工艺来降低暗电流的发生率；其次，压缩结面积（JunctionArea）；最后，通过提高帧速率（FrameRate）来缩短暗电流的汇集时间。

像素尺寸缩小后，像素间的串扰便会增加。这虽然对于黑白（单色）器件而言影响并不明显，但加上滤色器（ColorFilter）之后就会出现混色现象，造成图像处理时的分色困难，从而产生褪色。为了减少像素间的串扰，人们往往采用延长硅的载流子的寿命以及改进硅加工工艺的方法。延长载流子的寿命固然会提高量子效率，但由于电荷扩散，也会使串扰增加。为此，C3D技术采用了有助于减少像素间串扰的特殊设计并对工艺做了改进。

目前的CMOS图像传感器也存在着固定图像噪声的问题，这是由传感器固有结构造成的。各个像素或各列像素都具有自己的放大器，放大器中较小的失配会使与其有关的增益及偏置发生变化。结果产生固定图像噪声，用户可在图像上看到网格状干扰。针对这一问题，C3D技术采用了对各种变化的灵敏度相对较低的放大器，以及制造更加稳定的晶体管专用工艺等方法。同时还设计出了能够进一步减少失调的独特电路。C3D的核心技术对上述的CMOS图像传感器所存在的固定图像噪声、像素间的串扰以及暗电流等缺陷均有所改善。而且，它还降低了对支持芯片的依赖程度。有望提供完全没有诸如输出频率限制、高功耗、高读出噪声等CCD局限性的数字成像产品。

C3D技术的最大特点就是像素反应的均一性。C3D技术重新定义了成像器的性能（即把系统的整体性能包括在内）并提高了CMOS图像传感器在均一性和暗电流方面的标准性能。因而，除了画质以外，设计人员还必须通过对功耗、帧速率、可编程增益和集成的设定、芯片上的开窗口（windowing）/二次取样方式、定时信号发生器、DC偏置的功能集成、电平移位器等全面考虑来减少所需芯片的数量，从而达到简化系统整体结构的目的。而C3D技术由于是针对具体应用来设计成像器的，因此，系统设计人员可借助它来完成片上功能集成并根据现有的系统参数进行设计，以提高系统的整体性能，使之获得317万像素的分辨率。采用C3D技术的另一个设计上的好处是利用了片上集成阵列的处理能力，由此可大幅度地减少后续的图像处理量。