ソニー 世界初画期的センサー技術を開発 裏面照射型以来の革新か

ソニーが従来比2倍の飽和信号量のイメージセンサー技術を開発

世界初※1 2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術を開発

~従来比約2倍※2の飽和信号量※3によるダイナミックレンジ拡大とノイズ低減を実現~
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社(以下、ソニー)は、世界初※1となる2層トランジスタ画素積層型CMOSイメージセンサー技術の開発に成功しました。従来同一基板上で形成していたフォトダイオードと画素トランジスタの層を別々の基板に形成し積層することで、従来比約2倍※2の飽和信号量※3を確保し、ダイナミックレンジ拡大とノイズ低減を実現し撮像特性を大幅に向上しました。本技術が採用する画素構造は、従来の画素サイズに加えて、今後の更なる微細画素においても、画素特性の維持・向上を可能にします。
本成果は、2021年12月11日(土)から開催されているIEDM(国際電子デバイス会議)において発表しました。

ソニーセミコンダクターソリューションズグループWebサイトより

ソニーがまた新しいイメージセンサーの技術の開発に成功したようです。

従来は、フォトダイオード(光を検出する部分)と、フォトダイオードと信号を制御する画素トランジスタが同じ層に配置されていたそうです。本来はフォトダイオードだけを設置して、光をすべて取り込みたかったのですが、それが不可能だったのですね。そこで、フォトダイオードとフォトダイオードを制御する画素トランジスタを二つの層に分離して積層型にすることで、フォトダイオードの面積を従来よりも大幅に増加させることができるようになったようです。

文章を読んでもよくわからないと思いますので、参考画像を引用してみたいと思います(画像クリックで拡大します)。

ソニーセミコンダクターソリューションズグループWebサイトより

従来のイメージセンサーは左側の画像のように、フォトダイオードと画素トランジスタが横に並んでいたのですが、右側の新開発のセンサーのように、その画素トランジスタをフォトダイオードの下に配置して層にすることで、フォトダイオードの面積を増やすことができたようです。

これにより従来のセンサーと比較してダイナミックレンジとノイズ低減を大幅に向上させることができたとしています。

これまでのCMOSイメージセンサーは、一つの画素それぞれがフォトダイオードとトランジスタで構成されていて、それが上記のように横に並んでいたのですが、それも層にしてしまってフォトダイオードの面積を最大限にしようというアイデアと技術はすごいなと思いますね。

裏面照射型に続くイノベーションとなるか

裏面照射型でない、従来の表面照射型のセンサーは、フォトダイオード上部に配線層があったため、それが邪魔になり多くの光を取り入れることができませんでした。そこで配線層をフォトダイオードと画素トランジスタの下に配置してしまえばいいというアイデアで生まれたのが裏面照射型センサーです。

この裏面照射型センサーの量産に成功したことで、従来のCMOSセンサーよりも、より低ノイズで撮影することができるようになったので、多くのカメラで採用されソニーセンサーが世界でシェアトップになる原動力になりました。裏面照射型でさえも、かなりのイノベーションだったのに、さらに現状のセンサーよりも大幅にノイズが少なくなったり、ダイナミックレンジが向上すると考えると、このセンサーは、またカメラに新しいイノベーションをもたらす可能性があると思います。

そして、これがミラーレスカメラなどで利用できるようなものだったら、またソニーからすごい性能のカメラが発売されるのでしょうね。キヤノンやニコンも新しいセンサー技術を開発していると思いますが、今後は基幹技術となるセンサー性能がカメラの性能を決めるということになりそうです。

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