Teknolojiya Çêkirina Sensorên Kamera li ser Smartphoneyan
Pêşveçûna kamerayên telefonên jîr di deh salên dawî de fenomenal bûye. Wêneyên ku berê tenê "ji bo belgekirinê têra xwe baş" bûn, niha di gelek mercan de dikarin nêzîkî kalîteya kamerayên taybetî bibin. Ev pêşketin ne tenê ji hêla nermalava pêvajoya wêneyan ve, lê di heman demê de ji hêla teknolojiya çêkirina sensorên kamerayê ve jî tê rêvebirin - pêkhateyên bingehîn ên ku ronahiyê vediguherînin sînyalên elektrîkê. Li pişt modula kameraya zirav pêvajoyek hilberîna nîvconductor a tevlihev, rastbûna bilind û bi berdewamî pêşkeftî heye da ku bi pirsgirêkên mezinahiya piçûk, xerckirina enerjiyê ya kêm û kalîteya wêneyê ya bilind re rû bi rû bimîne.
1. Rola sensoran û trendên di teknolojiya kamerayên smartphone de
Sensorên kamerayên smartphone bi gelemperî li ser bingeha CMOS (Nîvconductora Metal-Oksîd a Temamker) ne. Li gorî sensorên CCD yên berê populer, CMOS enerjî-teserûftir e, xwendina wê zûtir e, û hêsantir e ku bi devreyên pêvajoya sînyalê re li ser heman çîpê were entegrekirin. Trendên ku nûjeniya sensorên smartphone dimeşînin ev in: çareseriya zêde (heta bi dehan an jî bi sedan megapîksel), performansa çêtir di ronahiya kêm de, şiyanên vîdyoyê yên çareseriya bilind, HDR-ya rast-dem, otofokusa bilez, û piştgiriya ji bo wênekêşiya hesabkerî.
Ev hemû daxwaz hilberînerên sensoran neçar dikin ku avahiyên pîkselan, materyal, pêvajoyên lîtografiyê, sêwirana devreyan, û tewra awayê ku ew tebeqeyên çîpan li hev dicivînin, baştir bikin da ku ziraviyê biparêzin û di heman demê de performansê baştir bikin.
2. Pêkhateya bingehîn a sensora CMOS: ji fotonan heta daneyan
Bi kurtasî, her pîkselek li ser sensorek CMOS ji deverek fotodîyodê ji bo girtina ronahiyê û tranzîstorên piçûk ji bo xwendin û xurtkirina sînyalê pêk tê. Dema ku foton dikevin hundir, fotodîyod elektronan (barkê elektrîkê) çêdike ku bi şîddeta ronahiyê re rêjeyî ye. Dûv re ev bark bi rêya çerxek xwendinê tê xwendin, ji hêla ADC (Veguherînera Analog-bo-Dîjîtal) ve tê veguherandin bo daneyên dîjîtal, û dûv re jî dibin wêneyek.
Lêbelê, sêwirana pratîkî pir tevlihevtir e: divê her pîksel deng kêm bike, rêza dînamîk zêde bike, pêşî li xaçerêyê (derketina ronahî an barkirinê bo pîkselên cîran) bigire, û hesasiyeta bilind biparêze her çend mezinahiya pîkselê berdewam piçûk bibe jî.
3. Qonaxa çêkirina waferê: bingeha çêkirina sensorê
Çêkirina sensorên kamerayê, mîna pîşesaziyên din ên nîvconductoran, bi waferên silîkonê dest pê dike. Pêvajoyên sereke ev in:
1. Oksîdasyon û danîna fîlma tenik
Wafl bi rêbazek wekî CVD (Depozîsyona Buxara Kîmyewî) an PVD (Depozîsyona Buxara Fizîkî) bi materyalek îzoleker an jî guhêzker (mînak SiO₂, polîsîlîkon, hin metal) tê pêçandin.
2. Fotolîtografî
Şêweyên devreyê û avahiyên pîkselan bi karanîna fotoresîstê têne "çapkirin" û bi rêya maskekê têne ronîkirin. Teknolojiya pêvajoyê çiqas piçûktir be, lîtografî ewqas rasttir hewce dike.
3. Gravurkirin
Hin beşên qatê ji bo çêkirina avahiyê têne rakirin, çi bi rêya gravkirina şil an jî gravkirina hişk (plazma).
4. Dopîng / çandina îyonê
Hin iyon di nav silîkonê de têne çandin da ku herêmên N û P çêbikin, ku ji bo fotodîod û tranzîstoran li gorî taybetmendiyan dixebitin pêdivî ne.
5. Metalîzasyon û girêdana navbera
Rêyên metalî ji bo girêdana tranzîstor, bîr û blokên pêvajoyê yên di çîpê de têne çêkirin.
Di sensorên kamerayê de, çêkirina pîkselan ne tenê li ser tranzîstoran lê di heman demê de li ser çêtirkirina fotodîyodan û avahiyên mîkro-optîkî yên li jor wan jî disekine. Pirsgirêk ew e ku meriv piştrast bike ku pêkhateyên elektronîkî û optîkî di qadeke pir piçûk de bi hevahengî dixebitin.
4. Ronahîkirina Paş (BSI): şoreşek di hesasiyetê de
Yek ji nûjeniyên sereke di sensorên telefonên jîr de BSI (Backside Illumination) e. Di sensorên kevneşopî de (Frontside Illumination/FSI), ronahî ji heman aliyê ku qata metalîzekirî û tranzîstor tê de dikeve. Di encamê de, hin ji ronahiyê ji hêla têl û devreyan ve têne asteng kirin, ku hestiyariyê kêm dike.
Di BSI de, wafer wisa tê pêvajokirin ku ronahî ji "paş" (aliyê ku ji hêla girêdanên navber ve nehatiye astengkirin) têkevinê. Ev bi ziravkirina waferê û veguheztina xetên girêdanê ber bi aliyê din ve tê bidestxistin. Encam:
- bêtir ronahî digihîje fotodîyodê,
- performansa baştirkirî di ronahiya kêm de,
- karîgeriya kuantûmê ya bilindtir,
- ji bo pixelên piçûk minasib e.
Pêvajoya BSI di dema tenikbûna waferê de kontrola mekanîkî û kîmyewî ya hişk hewce dike, ji ber ku qalindahiyek pir tenik dikare hilberînê kêm bike (rêjeya serkeftina hilberînê) an jî waferê meyla şikestinê bike.
5. CMOS-a Stacked: ji bo lezkirin û dewlemendkirina fonksiyonan li ser hev hatiye danîn
Ji bo zêdekirina lezê û lêzêdekirina taybetmendiyan bêyî zêdekirina mezinahiyê, pîşesazî sensorên stûkirî bikar tîne. Konsept: qata pîkselê û qata mantiqî li ser waferên cuda veqetînin, dûv re wan bi karanîna teknolojiyek girêdana pir tîr (mînak, girêdana hîbrîd an TSV—Through-Silicon Via) ve girêdin.
Avantajên CMOS-ên stacked:
- Xwendina bileztir, ji bo vîdyoya bilez, wêneyên teqînê minasib e, û qefilîna gêrkirî kêm dike.
- Bêyî ku qada pîkselê were fedakirin, bêtir mantiq û bîr dikare were zêdekirin (mînak, tampon/DRAM li ser hin sêwiranan).
- Pêvajoya li ser sensorê wekî HDR-ya pir-ekspozîsyonê ya bileztir an otofokusa bersivdayîtir.
Di çêkirinê de, hevrêzkirina waferan rastbûnek pir zêde hewce dike. Pirsgirêkên sereke parastina kalîteya girêdanê, kêmkirina berxwedanê, zêdekirina berhemdariyê, û parastina lêçûnên hilberînê yên kêm in.
6. Teknolojiya Pîkselê: mîkro-lens, CFA, û îzolekirin
Li jor fotodîyodê, hêmanên mîkrooptîkî yên pir girîng hene:
– Mîkrolens: lenzeke biçûk li jor her pîkselê ji bo "berhevkirina" ronahiyê li ser qada çalak a fotodîyodê. Li ser telefonên jîr ên bi lenzên kamerayê yên piçûk, mîkrolens dibin alîkar ku mîqdara ronahiyê ya ku bi bandor digihîje pîkselê zêde bibe.
– Rêza Fîltera Rengê (CFA): fîlterek rengîn (bi gelemperî qalibek Bayer an guhertoyên wê) ku dihêle sensor rengan ji hev cuda bike. CFA bi rêya danîn û qalibkirina materyalên polîmer ên rengîn têne çêkirin.
– Tecrîda Xendeka Kûr (DTI): xendekek îzolekirinê ye ku bi materyalê îzolekirinê tije ye da ku pêşî li axaftinên navbera pîkselan bigire. DTI girîng dibe ji ber ku mezinahiya pîkselan kêm dibe û vebûna lensan zêde dibe.
Têkeliya mîkrolensan, CFA, û DTI pirek di navbera cîhanên optîkî û elektronîkî de ye. Xeletiyên piçûk di qalindahiya tebeqeyê, pozîsyon, an yekrengiyê de dikarin bandorê li rastbûna reng, tûjbûn û deng bikin.
7. Otofokusa Tesbîtkirina Qonaxê (PDAF) û pîkselên taybet
Gelek telefonên jîr ên nûjen PDAF (Fokusa Otoyî ya Tesbîtkirina Qonaxê) li ser sensorê bikar tînin. Ev pîkselên taybetî, an deverên, vedihewîne ku ronahiyê ji beşên taybetî yên vebûna lensê digirin û cûdahiyên qonaxê hesab dikin da ku rê û rêjeya verastkirina fokusê diyar bikin.
Pêkanîna PDAF ji bo pîkselên taybetî, an jî şablonên mîkromaskê, sêwiranên CFA û mîkrolensên cûda hewce dike. Ev yek tevliheviya hilberînê zêde dike ji ber ku ne hemî pîksel yek in. Pirsgirêk ew e ku meriv piştrast bike ku pîkselên PDAF qalîteya wêneyê xirab nakin (mînak, tiştên nebaş derdixin holê), di heman demê de rastbûna fokusê jî diparêze.
8. HDR, qezenca veguherîna dualî, û sêwirana mîmariya xwendinê
Ji bilî baştirkirina "girtina ronahiyê", çêkirina sensoran bi mîmariya devreyê ve jî têkildar e:
– Qezenckirina Veguherîna Dual (DCG) dihêle ku sensor, li gorî şert û mercên ronahîkirinê, di navbera moda hesasiyeta bilind û moda rêjeya dînamîk a bilind de biguhere.
- HDR-ya pir-ekspozîsyonê xwendina bilez û kontrola demjimêra rast hewce dike.
- Global Shutter (her çend di kamerayên pîşesaziyê de gelemperîtir be jî) mijarek girîng e ku meriv dikare Rolling Shutter derbas bike, lê di têlefonên jîr de bicîhanîna wê dijwartir e ji ber ku ew hewceyê kapasîtorek hilanîna bargiraniyê ji bo her pîkselê an sêwirana zêde ye ku cîh û tevliheviyê zêde dike.
Hemû van taybetmendiyan bandorê li ser sêwirana tranzîstorê, hejmara tebeqeyên metal, xerckirina enerjiyê û germahiyê dikin - faktorên krîtîk di cîhazên zirav ên bi temenê bateriyê yê sînorkirî de.
9. Ceribandin, pîvandin, û entegrasyona modulê
Piştî ku wafer hat pêvajokirin, gavên girîng ên din ev in:
- Ceribandina asta waferê ji bo kontrolkirina pîkselên mirî, deng, yekrengî û parametreyên elektrîkê.
- Kubkirin (birîna waferê bo çîpan), paşê pakêtkirina ku çîpê diparêze û girêdanan peyda dike.
– Kalibrasyon: rastkirina nexşeyên deng, siya, balansa spî û taybetmendiyên lensê dihewîne. Dema ku modula kamerayê tê komkirin û ceribandin, gelek aliyên kalibrasyonê têne kirin.
- Entegrasyona modulê: sensor bi lensê, OIS (stabîlîzasyona wêneya optîkî) heke hebe, û pêkhateyên din ên piştgirî ve girêdayî ye. Hevrêzkirina mekanîkî (tewandin, dûrahiya fokusê) bandorek mezin li ser tûjbûnê dike.
Li ser têlefonên jîr, modulên kamerayê divê toleransên teng bicîh bînin di heman demê de erzan bimînin û bi girseyî werin hilberandin.
10. Rêwerzên pêşerojê: bêtir tebeqe û hesabkirin nêzîkî sensorê
Di pêşerojê de, teknolojiya çêkirina sensorên smartphone îhtîmal e ku ber bi van ve biçe:
- Dabeşkirina êrîşkartir bi girêdana nermtir û xetên tengtir.
- AI/hesabkirina li ser sensorê ji bo kêmkirina deng, tespîtkirina dîmenê, an HDR-ya tavilê bi derengketina herî kêm.
- Pîkselên jîrtir bi mîmariyeke ku deng kêm dike û rêjeya dînamîk zêde dike bêyî ku tenê megapîkselan zêde bike.
- Materyal û avahiyên nû ku karîgeriya vegirtina ronahiyê zêde dikin û xaçerêya di pîkselên piçûk de kêm dikin.
Her çiqas wênekêşiya hesabkerî her ku diçe serdesttir dibe jî, kalîteya daneyên sensorên xav bingehîn dimîne. Ji ber vê yekê, nûbûnên çêkirinê - ji BSI, DTI, bigire heya CMOS-a stacked - dê berdewam girîng bin.
Xelasî
Teknolojiya çêkirina sensorên kamerayên smartphoneyan rastbûna nîvconductor û endezyariya optîkî ya di asta mîkrometerê de bi hev re tîne. Ji lîtografiya wafer û dopingê bigire heya ziravkirina ji bo BSI, çîpkirina ji bo sensorên stûkirî, heya çêkirina mîkrolens û CFA, hemî pêvajo hatine sêwirandin da ku sensorên piçûk bikaribin ronahiyê bi bandor, zû û rast bigirin. Encam kamerayên smartphoneyan ên ku di cûrbecûr şert û mercan de her ku diçe pêbawertir dibin, di heman demê de rê li ber taybetmendiyên nû yên wekî HDR-ya rast-dem, otofokusa pir bilez, û vîdyoya bi kalîte bilind di cîhazên ku kompakt dimînin vedike.
Heke hûn bixwazin, ez dikarim van tiştan lê zêde bikim: (1) wêneyekî herikîna pêvajoya çêkirinê bi şiklê xalên gav-bi-gav, (2) binbeşek taybetî ku BSI û FSI û yên stacked berawird dike, an (3) lîsteyek ji terman (ferhengok) da ku ji bo xwendevanên ne-pispor hêsantir bibe.
