聊聊有关CMOS图像传感器的那些事

随着全面屏的发展，手机对于前置摄像头模组的要求是尽可能做小、做薄。而决定摄像头模组的尺寸的，主要是CMOS图像传感器和镜头的尺寸。近日，三星电子宣布推出当下最小的CMOS图像传感器，专门针对全面屏形态的手机。

对于手机 、数码相机、数字电视等智能设备，必不可少的就是图像传感器。这个市场已迎来高峰时期，CMOS图像传感器供应商之间的竞争也正在升温。

本篇将聚焦CMOS技术，说说有关CMOS图像传感器的那些事。

让你更了解CMOS图像传感器

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的电子设备。为满足不同应用的特殊目标而设计的，它提供了不同级别的灵敏度和质量。

美国贝尔实脸室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了固态成像这一新概念和一维CCD(Charge-Coupled Device电荷耦合器件)模型器件。此后很长一段时间CCD主导着图像传感器市场。

但是随着CCD应用范围的扩大，其缺点逐渐暴露出来。CCD技术芯片技术工艺复杂，不能与标准工艺兼容。这种芯片需要的电压功耗也较大，因此CCD技术芯片价格昂贵且使用不便。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物场效应管)图像传感器从90年代开始获得业界重视并且得到大量人力、物力进行研发，由于CMOS图像传感器具有性价比高、体积小、功耗低等特点，逐步扭转市场格局。

目前市场上几乎已经呈现CMOS技术独霸的现象。

CMOS技术是什么?与CCD技术又有何区别?

“模拟”CCD执行光子到电子的转换。CCD的设计目的是将电荷逐个像素地移动，直到它们到达专用读出区域放大器。CCD是线性传感器，其输出与接收到的光子数量直接相关。

“数字”CMOS图像传感器(CIS)执行光子到电压的转换，它直接在像素上进行放大。更高级的CIS技术提供了一个并行读出架构，其中每个像素都可以单独寻址，或者作为一个组并行地读出。

CCD：光子——电子(左) CMOS：光子——电压(右)

CMOS图像传感器有四个主要组件：

光电二极管(PD)

像素设计

彩色滤光片(CF)

微透镜

光电二极管(PD)用于捕捉光，一般用于实现这一功能的是PIN二极管或PN结器件。最广泛实现的像素设计被称为“有源像素传感器”(APS)。通常使用3—6个晶体管，它们可以从大型电容阵列中获得或缓冲像素。彩色滤光片用于分离反射光的红、绿、蓝(RGB)成分。最后，微透镜从CIS的非活性部分收集光，并将其聚焦到光电二极管。微透镜通常具有球形表面和网状透镜。

综上，CMOS图像传感器具有体积小、功耗低等优势，且CMOS传感器的制造成本远低于CCD传感器，使其在图像传感器领域占有率达到90%。

同时，CMOS图像传感器的背照式和堆栈式技术也逐渐发展起来，使得CMOS图像传感器的应用场景越来越广。智能手机的双摄像头、三摄像头、3D摄像头已经屡见不鲜，再加上汽车、无人机、VR以及AR技术等新兴市场的推动，CMOS图像传感器正迎来新一轮的产业成长高峰。