በስማርትፎኖች ላይ የካሜራ ዳሳሽ ማምረቻ ቴክኖሎጂ

በስማርትፎኖች ላይ የካሜራ ዳሳሽ ማምረቻ ቴክኖሎጂ

ባለፉት አስርት ዓመታት የስማርትፎን ካሜራዎች እድገት አስደናቂ ነበር። በአንድ ወቅት "ለሰነድ በቂ" የነበሩ ፎቶዎች አሁን በብዙ ሁኔታዎች ውስጥ የተወሰኑ ካሜራዎችን ጥራት መቅረብ ይችላሉ። ይህ እድገት የሚመራው በምስል ማቀነባበሪያ ሶፍትዌር ብቻ ሳይሆን በካሜራ ዳሳሾች የማምረቻ ቴክኖሎጂም ጭምር ነው - ብርሃንን ወደ ኤሌክትሪክ ምልክቶች የሚቀይሩት ዋና ዋና ክፍሎች። ከቀጭኑ የካሜራ ሞዱል ጀርባ አነስተኛ መጠን፣ ዝቅተኛ የኃይል ፍጆታ እና ከፍተኛ የምስል ጥራት ያሉ ተግዳሮቶችን ለመቋቋም ውስብስብ፣ ከፍተኛ ትክክለኛነት ያለው እና ያለማቋረጥ የሚሻሻል የሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ሂደት አለ።

1. በስማርትፎን ካሜራ ቴክኖሎጂ ውስጥ የዳሳሾች እና አዝማሚያዎች ሚና

የስማርትፎን ካሜራ ዳሳሾች በአጠቃላይ በCMOS (ተጨማሪ ሜታል-ኦክሳይድ ሴሚኮንዳክተር) ላይ የተመሰረቱ ናቸው። በአንድ ወቅት ታዋቂ ከነበሩት የሲሲዲ ዳሳሾች ጋር ሲነጻጸር፣ ሲኤምኦኤስ የበለጠ ኃይል ቆጣቢ፣ ፈጣን ንባብ ያለው እና በተመሳሳይ ቺፕ ላይ ካሉ የምልክት ማቀነባበሪያ ወረዳዎች ጋር ለመዋሃድ ቀላል ነው። የስማርትፎን ዳሳሽ ፈጠራን የሚያነቃቁ አዝማሚያዎች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡- የጨመረ ጥራት (እስከ አስር ወይም በመቶዎች የሚቆጠሩ ሜጋፒክስል)፣ የተሻለ ዝቅተኛ ብርሃን አፈጻጸም፣ ከፍተኛ ጥራት ያለው የቪዲዮ ችሎታዎች፣ በእውነተኛ ጊዜ ኤችዲአር፣ ፈጣን ራስ-ሰርኩስ እና ለኮምፒዩተር ፎቶግራፍ ድጋፍ።

እነዚህ ሁሉ የሴንሰር አምራቾች የፒክሰል አወቃቀሮችን፣ ቁሳቁሶችን፣ የሊቶግራፊ ሂደቶችን፣ የወረዳ ዲዛይኖችን እና የቺፕ ንብርብሮችን እንዴት እንደሚደራረቡ እንኳን አፈጻጸምን እያሻሻሉ ቀጭንነትን እንዲጠብቁ ያስገድዳሉ።

2. የCMOS ዳሳሽ መሰረታዊ መዋቅር፡ ከፎቶኖች እስከ መረጃ

በቀላል አነጋገር፣ በሲኤምኦኤስ ዳሳሽ ላይ ያለው እያንዳንዱ ፒክስል ብርሃንን ለመያዝ የፎቶዲዮድ አካባቢ እና ትናንሽ ትራንዚስተሮች ምልክቱን ለማንበብ እና ለማጉላት ያካትታል። ፎቶኖች ሲገቡ፣ ፎቶዲዮድ ከብርሃን ጥንካሬ ጋር ተመጣጣኝ የሆነ ኤሌክትሮኖችን (የኤሌክትሪክ ክፍያ) ያመነጫል። ይህ ክፍያ ከዚያም በንባብ ዑደት ውስጥ ይነበባል፣ በኤዲሲ (አናሎግ-ወደ-ዲጂታል መቀየሪያ) ወደ ዲጂታል መረጃ ይቀየራል፣ ከዚያም ወደ ምስል ይቀየራል።

ሆኖም ግን፣ ተግባራዊ ዲዛይኑ በጣም የተወሳሰበ ነው፡ እያንዳንዱ ፒክሰል ጫጫታን መቀነስ፣ ተለዋዋጭ ክልልን መጨመር፣ የብርሃን ወይም የቻርጅ ወደ አጎራባች ፒክሰሎች እንዳይፈስ መከላከል እና የፒክሰል መጠኑ እየቀነሰ ሲሄድ እንኳን ከፍተኛ ስሜታዊነትን መጠበቅ አለበት።

3. የዋፈር ማምረቻ ደረጃ፡ የዳሳሽ ማምረቻ መሠረት

የካሜራ ዳሳሽ ማምረት የሚጀምረው ልክ እንደሌሎች ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪዎች ሁሉ በሲሊኮን ዋፈር ነው። ዋናዎቹ ሂደቶች የሚከተሉትን ያካትታሉ፡

1. ኦክሳይድ እና ቀጭን ፊልም ክምችት
ዋፈር እንደ ሲቪዲ (የኬሚካል ትነት ዲፖዚሽን) ወይም ፒቪዲ (የፊዚካል ትነት ዲፖዚሽን) ባሉ ሂደቶች በመጠቀም በኢንሱሌሽን ወይም በኮንዳክቲቭ ቁስ (ለምሳሌ፡ SiO₂፣ ፖሊ-ሲሊከን፣ የተወሰኑ ብረቶች) የተሸፈነ ነው።

2. ፎቶሊቶግራፊ
የወረዳ ቅጦች እና የፒክሰል አወቃቀሮች በፎቶሬዚስት "ታትመው" እና ጭምብል በመጠቀም ለብርሃን ይጋለጣሉ። የሂደቱ ቴክኖሎጂ ባነሰ ቁጥር ሊቶግራፊው የሚፈልገው የበለጠ ትክክለኛ ነው።

3. ቅርፊት
የተወሰኑ የንብርብሩ ክፍሎች መዋቅሩን ለመፍጠር ይወገዳሉ፣ ወይ እርጥብ በሆነ መንገድ በመቅዳት ወይም በደረቅ መንገድ በመቅዳት (ፕላዝማ)።

4. ዶፒንግ / አዮን ተከላ
የተወሰኑ አዮኖች የN እና P ክልሎችን ለመፍጠር በሲሊኮን ውስጥ ተተክለዋል፣ ይህም የፎቶዲዮዶች እና ትራንዚስተሮች እንደ ዝርዝር መግለጫዎቹ እንዲሰሩ አስፈላጊ ነው።

5. ሜታላይዜሽን እና ትስስር
በቺፕ ውስጥ ትራንዚስተሮችን፣ ማህደረ ትውስታዎችን እና የሂደት ብሎኮችን ለማገናኘት የብረት ትራኮች ይፈጠራሉ።

በካሜራ ዳሳሾች ውስጥ፣ የፒክሰል ማምረቻ በትራንዚስተሮች ላይ ብቻ ሳይሆን ፎቶዲዮዶችን እና ከነሱ በላይ ያሉትን ማይክሮ-ኦፕቲካል አወቃቀሮችን በማመቻቸት ላይም ያተኩራል። ተግዳሮቱ የኤሌክትሮኒክስ እና የኦፕቲካል ክፍሎች በጣም ትንሽ በሆነ ቦታ ውስጥ ተስማምተው እንዲሰሩ ማረጋገጥ ነው።

4. የኋላ ብርሃን (BSI): በስሜታዊነት ላይ ያለ አብዮት

በስማርትፎን ዳሳሾች ውስጥ ካሉት ዋና ዋና ፈጠራዎች አንዱ BSI (የኋላ ብርሃን) ነው። በባህላዊ ዳሳሾች (የፊት ለፊት ብርሃን/FSI) ውስጥ፣ ብርሃን ከብረታ ብረት ንብርብር እና ትራንዚስተሮች ጋር ከተመሳሳይ ጎን ይገባል። በዚህም ምክንያት፣ የተወሰነው ብርሃን በሽቦ እና በወረዳ ተዘግቶ ስሜታዊነትን ይቀንሳል።

በቢኤስአይ (BSI) ውስጥ፣ ዋፈር የሚሠራው ብርሃን ከ"ጀርባ" (ጎኑ በኢንተርኮንቲኔክሽን ሳይከለከል) እንዲገባ ነው። ይህ የሚሆነው ዋፈርን በማቅለል እና የመገናኛ መስመሮቹን ወደ ሌላኛው ጎን በማንቀሳቀስ ነው። ውጤቱ፡
- ወደ ፎቶዲዮድ የሚደርስ ተጨማሪ ብርሃን፣
- የተሻሻለ ዝቅተኛ ብርሃን አፈፃፀም፣
- ከፍተኛ የኳንተም ውጤታማነት፣
- ለአነስተኛ ፒክሰሎች ተስማሚ።

የቢኤስአይ (BSI) ሂደት በዋፈር ማቅለጥ ወቅት ጥብቅ ሜካኒካል እና ኬሚካላዊ ቁጥጥርን ይጠይቃል፣ ምክንያቱም በጣም ቀጭን የሆነ ውፍረት ምርትን (የምርት ስኬት መጠንን) ሊቀንስ ወይም ዋፈርን ለመስበር ተጋላጭ ሊያደርግ ይችላል።

5. የተደራረበ CMOS፡ ተግባራትን ለማፋጠን እና ለማበልጸግ የተደራረበ

ፍጥነትን ለመጨመር እና መጠኑን ሳይጨምሩ ባህሪያትን ለመጨመር ኢንዱስትሪው የተደራረቡ ዳሳሾችን እየተቀበለ ነው። ጽንሰ-ሀሳቡ፡ የፒክሰል ንጣፉን እና የሎጂክ ንጣፉን ወደ ተለዩ ዋፈርዎች ይለያዩ፣ ከዚያም በጣም ጥቅጥቅ ባለ የግንኙነት ቴክኖሎጂ (ለምሳሌ፣ ሃይብሪድ ቦንዲንግ ወይም TSV—Through-Silicon Via) ያገናኙ።

የተደራረበ የCMOS ጥቅሞች፡
- ፈጣን ንባብ፣ ለከፍተኛ ፍጥነት ቪዲዮ ተስማሚ፣ የሚፈነዱ ፎቶዎች እና የሚሽከረከሩ መዝጊያዎችን ይቀንሳል።
- የፒክሰል ስፋትን ሳይጎዱ ተጨማሪ አመክንዮ እና ማህደረ ትውስታ (ለምሳሌ በአንዳንድ ዲዛይኖች ላይ ቋቶች/DRAM) ሊታከሉ ይችላሉ።
- እንደ ፈጣን ባለብዙ ተጋላጭነት HDR ወይም የበለጠ ምላሽ ሰጪ ራስ-ማተኮር ያሉ በዳሳሽ ላይ የሚደረግ ሂደት።

በማምረቻ ሂደት ውስጥ፣ የዋፈር አሰላለፍ ከፍተኛ ትክክለኛነትን ይጠይቃል። ዋና ዋና ተግዳሮቶቹ የመገጣጠሚያ ጥራትን መጠበቅ፣ የመቋቋም አቅምን መቀነስ፣ ምርትን መጨመር እና ዝቅተኛ የምርት ወጪዎችን መጠበቅ ናቸው።

6. የፒክሰል ቴክኖሎጂ፡ ማይክሮ-ሌንስ፣ ሲኤፍኤ እና ማግለል

ከፎቶዲዮድ በላይ በጣም አስፈላጊ የሆኑ ማይክሮ ኦፕቲካል አባሎች አሉ፡

– ማይክሮሌንስ፡- ብርሃንን ወደ ፎቶዲዮድ ንቁ ቦታ "ለመሰብሰብ" ከእያንዳንዱ ፒክሰል በላይ የሆነ ትንሽ ሌንስ። ጥቃቅን የካሜራ ሌንሶች ባላቸው ስማርት ስልኮች ላይ፣ ማይክሮሌንሶች የብርሃን መጠን በፒክሰል ላይ በብቃት እንዲደርስ ይረዳሉ።
– የቀለም ማጣሪያ ድርድር (CFA): ዳሳሹ ቀለሞችን እንዲለይ የሚያስችል የቀለም ማጣሪያ (ብዙውን ጊዜ የባየር ንድፍ ወይም ልዩነቶች)። ሲኤፍኤዎች የሚፈጠሩት ባለቀለም ፖሊመር ቁሳቁሶችን በማከማቸት እና በመሳል ነው።
– ጥልቅ ትሬንች ማግለል (DTI): በፒክሰሎች መካከል ያለውን ግንኙነት ለመከላከል በሚያስችል መከላከያ ቁሳቁስ የተሞላ የማግለል ጉድጓድ። የፒክሰል መጠኖች ሲቀነሱ እና የሌንስ ቀዳዳዎች ሲጨምሩ DTI አስፈላጊ ይሆናል።

የማይክሮሌንሶች፣ ሲኤፍኤ እና ዲቲአይ ጥምረት በኦፕቲካል እና በኤሌክትሮኒክስ ዓለማት መካከል ድልድይ ነው። በንብርብር ውፍረት፣ አቀማመጥ ወይም ወጥነት ላይ ያሉ ትናንሽ ስህተቶች የቀለም ትክክለኛነት፣ ስለታምነት እና ድምጽ ላይ ተጽዕኖ ሊያሳድሩ ይችላሉ።

7. የደረጃ ምርመራ ራስ-ማተኮር (PDAF) እና የተወሰኑ ፒክስሎች

ብዙ ዘመናዊ ስማርት ስልኮች በሴንሰሩ ላይ PDAF (የደረጃ ምርመራ ራስ-ማተኮር) ይጠቀማሉ። ይህ ከሌንስ ቀዳዳ የተወሰኑ ክፍሎች ብርሃን የሚቀበሉ እና የትኩረት ማስተካከያ አቅጣጫ እና መጠን ለመወሰን የደረጃ ልዩነቶችን የሚያስሉ ልዩ ፒክስሎችን ወይም ቦታዎችን ያካትታል።

የPDAF ትግበራ ለተወሰኑ ፒክሰሎች ወይም ለማይክሮማስክ ቅጦች የተለያዩ የCFA እና የማይክሮሌን ዲዛይኖችን ይፈልጋል። ይህ ሁሉም ፒክስሎች አንድ አይነት ስላልሆኑ የምርት ውስብስብነትን ይጨምራል። ተግዳሮቱ የPDAF ፒክስሎች የምስል ጥራትን እንዳያበላሹ (ለምሳሌ፣ ቅርሶችን ማስተዋወቅ) ማረጋገጥ ሲሆን የትኩረት ትክክለኛነትን መጠበቅ ነው።

8. ኤችዲአር፣ ባለሁለት ልወጣ ጥቅም፣ እና የንባብ አርክቴክቸር ዲዛይን

"የብርሃን ቀረጻ"ን ከማሻሻል በተጨማሪ የዳሳሽ ማምረቻ ከወረዳ አርክቴክቸር ጋርም ይዛመዳል፡
- ባለሁለት የልወጣ ጌይን (DCG) ዳሳሹ እንደ ብርሃን ሁኔታዎች በከፍተኛ ስሜታዊነት ሁኔታ እና በከፍተኛ ተለዋዋጭ ክልል ሁነታ መካከል እንዲቀያየር ያስችለዋል።
- ባለብዙ-መጋለጥ HDR ፈጣን ንባብ እና ትክክለኛ የጊዜ መቆጣጠሪያ ይፈልጋል።
- ዓለም አቀፍ ሻተር (ምንም እንኳን በኢንዱስትሪ ካሜራዎች ውስጥ የተለመደ ቢሆንም) የሚሽከረከር ሻተርን ለማሸነፍ አስፈላጊ ርዕስ ነው፣ ነገር ግን በስማርትፎኖች ውስጥ ለመተግበር የበለጠ አስቸጋሪ ነው ምክንያቱም በአንድ ፒክስል የኃይል መሙያ ማከማቻ አቅም ወይም ስፋት እና ውስብስብነት የሚጨምር ተጨማሪ ዲዛይን ይፈልጋል።

እነዚህ ሁሉ ባህሪያት የትራንዚስተር አቀማመጥን፣ የብረት ንብርብሮችን ብዛት፣ የኃይል ፍጆታን እና ሙቀትን ይነካሉ - ውስን የባትሪ ዕድሜ ባላቸው ቀጭን መሳሪያዎች ውስጥ ወሳኝ ምክንያቶች።

9. ሙከራ፣ መለኪያ እና የሞዱል ውህደት

ዋፈር ከተሰራ በኋላ የሚከተሉት አስፈላጊ እርምጃዎች የሚከተሉት ናቸው፡
- የሞቱ ፒክስሎችን፣ ጫጫታዎችን፣ ተመሳሳይነትን እና የኤሌክትሪክ መለኪያዎችን ለመፈተሽ የዋፈር ደረጃ ሙከራ።
– መቆራረጥ (ዋፈርን ወደ ቺፕስ መቁረጥ)፣ ከዚያም ቺፑን የሚከላከል እና ግንኙነቶችን የሚሰጥ ማሸጊያ።
– መለካት፡ የጫጫታ ካርታዎችን፣ ጥላን፣ የነጭ ሚዛንን እና የሌንስ ባህሪያትን ማስተካከልን ያካትታል። የካሜራ ሞጁል ሲገጣጠም እና ሲፈተሽ ብዙ የመለኪያ ገጽታዎች ይከናወናሉ።
– የሞዱል ውህደት፡ ዳሳሹ ከሌንስ፣ ከኦአይኤስ (የኦፕቲካል ምስል ማረጋጊያ) እና ከሌሎች ደጋፊ ክፍሎች ጋር ተጣምሯል። ሜካኒካል አሰላለፍ (ማዘንበል፣ የትኩረት ርቀት) በጥርጣኑ ላይ በእጅጉ ተጽዕኖ ያሳድራል።

በስማርትፎኖች ላይ፣ የካሜራ ሞጁሎች ርካሽ እና በጅምላ የሚመረቱ ሆነው የሚቆዩ ጥብቅ መቻቻልን ማሟላት አለባቸው።

10. የወደፊት አቅጣጫዎች፡ ተጨማሪ ንብርብሮች እና ከሴንሰሩ ጋር ቅርብ የሆኑ ኮምፒውቲንግ

ወደፊት የስማርትፎን ሴንሰር ማምረቻ ቴክኖሎጂ ወደሚከተሉት አቅጣጫዎች ሊሸጋገር ይችላል፡
- ይበልጥ ጠበኛ በሆነ መልኩ መደራረብ እና ለስላሳ ትስስር እና ጥብቅ መስመሮች።
- ለድምጽ ቅነሳ፣ ለቦታ ለይቶ ማወቅ ወይም ፈጣን HDR በትንሽ መዘግየት ለድምጽ መቀነሻ/ኮምፕዩት በዳሳሽ ላይ።
- ሜጋፒክስልን ሳይጨምሩ ጫጫታን የሚቀንስ እና ተለዋዋጭ ክልልን የሚጨምር አርክቴክቸር ያላቸው ብልጥ ፒክስሎች።
- የብርሃን መምጠጥ ውጤታማነትን የሚጨምሩ እና በትንሽ ፒክስል ውስጥ የመስቀለኛ መንገድን የሚገቱ አዳዲስ ቁሳቁሶች እና መዋቅሮች።

የኮምፒውተር ፎቶግራፍ እየጨመረ በሄደ ቁጥር የጥሬ ዳሳሽ መረጃ ጥራት መሠረታዊ ሆኖ ይቀጥላል። ስለዚህ፣ ከቢኤስአይ፣ ዲቲአይ እስከ የተደራረበ CMOS ያሉ የማምረቻ ፈጠራዎች ቁልፍ ሆነው ይቀጥላሉ።

ከሲምፑላን

የስማርትፎን ካሜራ ዳሳሽ ማምረቻ ቴክኖሎጂ የሴሚኮንዳክተር ትክክለኛነትን እና ማይክሮሜትር-ልኬት የኦፕቲካል ምህንድስናን ያጣምራል። ከዋፈር ሊቶግራፊ እና ዶፒንግ ጀምሮ እስከ BSI ድረስ መቀነስ፣ ለተደራረቡ ዳሳሾች ቺፕ ስቶኪንግ፣ እስከ ማይክሮሌንስ እና CFA ማምረቻ ድረስ፣ ሁሉም ሂደቶች ትናንሽ ዳሳሾች ብርሃንን በብቃት፣ በፍጥነት እና በትክክል እንዲይዙ ለማስቻል የተነደፉ ናቸው። ውጤቱም በተለያዩ ሁኔታዎች ውስጥ ከጊዜ ወደ ጊዜ አስተማማኝ የስማርትፎን ካሜራዎች እየሆኑ መጥተዋል፣ ይህም እንደ እውነተኛ ጊዜ HDR፣ እጅግ በጣም ፈጣን ራስ-ማተኮር እና ከፍተኛ ጥራት ያለው ቪዲዮ ባሉ የታመቁ መሣሪያዎች ውስጥ ላሉት አዳዲስ ባህሪያት መንገድ ይጠርጋል።

ከፈለጉ የሚከተሉትን ማከል እችላለሁ፦ (1) የማምረቻ ሂደቱ ፍሰት ደረጃ በደረጃ ነጥቦች መልክ የሚያሳይ ምሳሌ፣ (2) BSIን ከ FSI ጋር ከተደራረበ ጋር የሚያወዳድር ልዩ ንዑስ ምዕራፍ ወይም (3) ለተራ አንባቢዎች ቀላል ለማድረግ የቃላት ዝርዝር (ቃላት መፍቻ)።