ස්මාර්ට්ෆෝන් වල කැමරා සංවේදක නිෂ්පාදන තාක්ෂණය
පසුගිය දශකය තුළ ස්මාර්ට්ෆෝන් කැමරාවල සංවර්ධනය අතිවිශිෂ්ටයි. කලක් "ලේඛනගත කිරීම සඳහා ප්‍රමාණවත් තරම් හොඳ" වූ ඡායාරූප දැන් බොහෝ තත්වයන් යටතේ කැපවූ කැමරාවල ගුණාත්මක භාවයට ළඟා වීමට සමත් වී ඇත. මෙම ප්‍රගතිය රූප සැකසුම් මෘදුකාංග මගින් පමණක් නොව, ආලෝකය විද්‍යුත් සංඥා බවට පරිවර්තනය කරන මූලික සංරචක වන කැමරා සංවේදකවල නිෂ්පාදන තාක්ෂණය මගින් ද මෙහෙයවනු ලැබේ. තුනී කැමරා මොඩියුලය පිටුපස කුඩා ප්‍රමාණය, අඩු බල පරිභෝජනය සහ ඉහළ රූප ගුණාත්මකභාවය යන අභියෝගවලට මුහුණ දීම සඳහා සංකීර්ණ, ඉහළ නිරවද්‍යතාවයකින් යුත් සහ නිරන්තරයෙන් විකාශනය වන අර්ධ සන්නායක නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් ඇත.
1. ස්මාර්ට්ෆෝන් කැමරා තාක්ෂණයේ සංවේදක සහ ප්‍රවණතා වල කාර්යභාරය
ස්මාර්ට්ෆෝන් කැමරා සංවේදක සාමාන්‍යයෙන් CMOS (අනුපූරක ලෝහ-ඔක්සයිඩ් අර්ධ සන්නායක) මත පදනම් වේ. වරක් ජනප්‍රිය වූ CCD සංවේදක හා සසඳන විට, CMOS වඩාත් බල-කාර්යක්ෂම වේ, වේගවත් කියවීමක් ඇති අතර එකම චිපයේ සංඥා සැකසුම් පරිපථ සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීම පහසුය. ස්මාර්ට්ෆෝන් සංවේදක නවෝත්පාදනය මෙහෙයවන ප්‍රවණතා අතරට: වැඩි විභේදනය (මෙගාපික්සල් දස දහස් ගණනක් හෝ සිය ගණනක් දක්වා), වඩා හොඳ අඩු ආලෝක ක්‍රියාකාරිත්වය, අධි-විභේදන වීඩියෝ හැකියාවන්, තත්‍ය කාලීන HDR, වේගවත් ස්වයංක්‍රීය අවධානය සහ පරිගණක ඡායාරූපකරණය සඳහා සහාය ඇතුළත් වේ.
මේ සියලු ඉල්ලීම් නිසා සංවේදක නිෂ්පාදකයින්ට පික්සල් ව්‍යුහයන්, ද්‍රව්‍ය, ලිතෝග්‍රැෆි ක්‍රියාවලීන්, පරිපථ සැලසුම් සහ කාර්ය සාධනය වැඩි දියුණු කරන අතරම සිහින් බව පවත්වා ගැනීම සඳහා චිප් ස්ථර ගොඩගැසීමේ ආකාරය පවා ප්‍රශස්ත කිරීමට බල කෙරේ.
2. CMOS සංවේදකයේ මූලික ව්‍යුහය: ෆෝටෝන සිට දත්ත දක්වා
සරලව කිවහොත්, CMOS සංවේදකයක ඇති සෑම පික්සලයක්ම ආලෝකය ග්‍රහණය කර ගැනීම සඳහා ෆොටෝඩයෝඩ ප්‍රදේශයකින් සහ සංඥාව කියවීමට සහ විස්තාරණය කිරීමට කුඩා ට්‍රාන්සිස්ටර වලින් සමන්විත වේ. ෆෝටෝන ඇතුළු වූ විට, ෆොටෝඩයෝඩය ආලෝක තීව්‍රතාවයට සමානුපාතිකව ඉලෙක්ට්‍රෝන (විද්‍යුත් ආරෝපණයක්) ජනනය කරයි. මෙම ආරෝපණය කියවීමේ පරිපථයක් හරහා කියවා, ADC (ඇනලොග්-ඩිජිටල් පරිවර්තකය) මගින් ඩිජිටල් දත්ත බවට පරිවර්තනය කර, පසුව රූපයක් බවට තවදුරටත් සකසනු ලැබේ.
කෙසේ වෙතත්, ප්‍රායෝගික සැලසුම වඩාත් සංකීර්ණයි: සෑම පික්සලයක්ම ශබ්දය අවම කළ යුතුය, ගතික පරාසය වැඩි කළ යුතුය, හරස්කඩ (ආලෝකය කාන්දු වීම හෝ අසල්වැසි පික්සල වෙත ආරෝපණය වීම) වැළැක්විය යුතුය, සහ පික්සල ප්‍රමාණය හැකිලෙන අතරතුර පවා ඉහළ සංවේදීතාවයක් පවත්වා ගත යුතුය.
3. වේෆර් නිෂ්පාදන අදියර: සංවේදක නිෂ්පාදනයේ පදනම
අනෙකුත් අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තවල මෙන්, කැමරා සංවේදක නිෂ්පාදනය සිලිකන් වේෆර් වලින් ආරම්භ වේ. ප්‍රධාන ක්‍රියාවලීන් අතරට:
1. ඔක්සිකරණය සහ තුනී පටල තැන්පත් වීම
CVD (රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම) හෝ PVD (භෞතික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම) වැනි ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කරමින් වේෆරය පරිවාරක හෝ සන්නායක ද්‍රව්‍යයකින් (උදා: SiO₂, පොලි-සිලිකන්, ඇතැම් ලෝහ) ආලේප කර ඇත.
2. ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි
පරිපථ රටා සහ පික්සල් ව්‍යුහයන් ෆොටෝරෙසිස්ට් භාවිතයෙන් "මුද්රණය" කර ආවරණයක් හරහා ආලෝකයට නිරාවරණය කරනු ලැබේ. ක්‍රියාවලි තාක්ෂණය කුඩා වන තරමට ලිතෝග්‍රැෆි සඳහා වඩාත් නිරවද්‍යතාවයක් අවශ්‍ය වේ.
3. කැටයම් කිරීම
තෙත් කැටයම් කිරීම හෝ වියළි කැටයම් කිරීම (ප්ලාස්මා) මගින් ව්‍යුහය සෑදීම සඳහා ස්ථරයේ ඇතැම් කොටස් ඉවත් කරනු ලැබේ.
4. මාත්‍රණ ද්‍රව්‍ය / අයන බද්ධ කිරීම
ෆොටෝඩයෝඩ සහ ට්‍රාන්සිස්ටර පිරිවිතරයන්ට අනුව ක්‍රියා කිරීමට අවශ්‍ය වන N සහ P කලාප සෑදීම සඳහා ඇතැම් අයන සිලිකන් තුළට බද්ධ කරනු ලැබේ.
5. ලෝහකරණය සහ අන්තර් සම්බන්ධතාවය
චිපයේ ට්‍රාන්සිස්ටර, මතකය සහ සැකසුම් බ්ලොක් සම්බන්ධ කිරීම සඳහා ලෝහ පීලි නිර්මාණය කර ඇත.
කැමරා සංවේදක වලදී, පික්සල් නිෂ්පාදනය ට්‍රාන්සිස්ටර කෙරෙහි පමණක් නොව, ෆොටෝ ඩයෝඩ සහ ඒවාට ඉහළින් ඇති ක්ෂුද්‍ර දෘශ්‍ය ව්‍යුහයන් ප්‍රශස්ත කිරීම කෙරෙහි ද අවධානය යොමු කරයි. අභියෝගය වන්නේ ඉලෙක්ට්‍රොනික සහ දෘශ්‍ය සංරචක ඉතා කුඩා ප්‍රදේශයක් තුළ සමගියෙන් ක්‍රියා කරන බව සහතික කිරීමයි.
4. පිටුපස ආලෝකකරණය (BSI): සංවේදීතාවයේ විප්ලවයක්
ස්මාර්ට්ෆෝන් සංවේදකවල ප්‍රධාන නවෝත්පාදනයන්ගෙන් එකක් වන්නේ BSI (පසුපස ආලෝකකරණය) ය. සාම්ප්‍රදායික සංවේදකවල (Frontside Illumination/FSI), ආලෝකය ලෝහමය ස්ථරය සහ ට්‍රාන්සිස්ටර ඇති පැත්තෙන්ම ඇතුළු වේ. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, රැහැන් සහ පරිපථ මගින් ආලෝකයෙන් කොටසක් අවහිර කර සංවේදීතාව අඩු කරයි.
BSI හි, වේෆරය සකසනු ලබන්නේ ආලෝකය "පසුපස" (අන්තර් සම්බන්ධතා මගින් බාධාවකින් තොරව පැත්ත) සිට ඇතුළු වන පරිදි ය. වේෆරය තුනී කිරීමෙන් සහ අන්තර් සම්බන්ධතා රේඛා අනෙක් පැත්තට ගෙන යාමෙන් මෙය සාක්ෂාත් කරගනු ලැබේ. ප්‍රතිඵලය:
– වැඩි ආලෝකයක් ෆොටෝ ඩයෝඩයට ළඟා වේ,
- අඩු ආලෝක තත්ත්වයන් තුළ වැඩිදියුණු කළ කාර්ය සාධනය,
– ඉහළ ක්වොන්ටම් කාර්යක්ෂමතාව,
- කුඩා පික්සල සඳහා සුදුසු වේ.
වේෆර් තුනී කිරීමේදී BSI ක්‍රියාවලියට දැඩි යාන්ත්‍රික හා රසායනික පාලනයක් අවශ්‍ය වේ, මන්ද ඉතා තුනී ඝනකමක් අස්වැන්න (නිෂ්පාදන සාර්ථකත්ව අනුපාතය) අඩු කළ හැකි අතර වේෆර් ඉරිතැලීමට ගොදුරු විය හැකිය.
5. Stacked CMOS: කාර්යයන් වේගවත් කිරීමට සහ පොහොසත් කිරීමට Stacked
ප්‍රමාණය වැඩි නොකර වේගය වැඩි කිරීමට සහ විශේෂාංග එකතු කිරීමට, කර්මාන්තය ගොඩගැසූ සංවේදක භාවිතා කරයි. සංකල්පය: පික්සල් ස්ථරය සහ තාර්කික ස්ථරය වෙනම වේෆර් මත වෙන් කර, පසුව ඉතා ඝන අන්තර් සම්බන්ධක තාක්ෂණයක් (උදා: දෙමුහුන් බන්ධනය හෝ TSV—Through-Silicon Via) භාවිතයෙන් ඒවා සම්බන්ධ කරන්න.
ගොඩගැසූ CMOS වල වාසි:
– වේගවත් කියවීම, අධිවේගී වීඩියෝ සඳහා සුදුසු, ඡායාරූප පුපුරා යාම සහ රෝලිං ෂටරය අඩු කරයි.
- පික්සල් ප්‍රදේශය කැප නොකර තවත් තර්කනය සහ මතකය එකතු කළ හැකිය (උදා: සමහර මෝස්තරවල බෆර/DRAM).
- වේගවත් බහු-නිරාවරණ HDR හෝ වඩාත් ප්‍රතිචාරාත්මක ස්වයංක්‍රීය නාභිගත කිරීම වැනි සංවේදක මත සැකසුම්.
නිෂ්පාදනයේදී, වේෆර් පෙළගැස්ම සඳහා අතිශය නිරවද්‍යතාවයක් අවශ්‍ය වේ. ප්‍රධාන අභියෝග වන්නේ සන්ධි ගුණාත්මකභාවය පවත්වා ගැනීම, ප්‍රතිරෝධය අඩු කිරීම, අස්වැන්න වැඩි කිරීම සහ අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැය පවත්වා ගැනීමයි.
6. පික්සල් තාක්ෂණය: ක්ෂුද්‍ර කාච, CFA, සහ හුදකලාව
ෆොටෝ ඩයෝඩයට ඉහළින් ඉතා වැදගත් ක්ෂුද්‍ර දෘශ්‍ය මූලද්‍රව්‍ය ඇත:
– ක්ෂුද්‍ර කාච: ෆොටෝ ඩයෝඩයේ ක්‍රියාකාරී ප්‍රදේශයට ආලෝකය “එකතු” කිරීම සඳහා සෑම පික්සලයකටම ඉහළින් කුඩා කාචයක්. කුඩා කැමරා කාච සහිත ස්මාර්ට්ෆෝන් වල, ක්ෂුද්‍ර කාච පික්සලයට ඵලදායී ලෙස ළඟා වන ආලෝක ප්‍රමාණය වැඩි කිරීමට උපකාරී වේ.
– වර්ණ පෙරහන් අරාව (CFA): සංවේදකයට වර්ණ වෙන්කර හඳුනා ගැනීමට ඉඩ සලසන වර්ණ පෙරහනක් (සාමාන්‍යයෙන් බේයර් රටාවක් හෝ එහි වෙනස්කම්). වර්ණවත් පොලිමර් ද්‍රව්‍ය තැන්පත් කිරීම සහ රටා සැකසීම හරහා CFA නිර්මාණය වේ.
– ගැඹුරු අගල් හුදකලා කිරීම (DTI): පික්සල අතර හරස්කඩ වැළැක්වීම සඳහා පරිවාරක ද්‍රව්‍යවලින් පිරුණු හුදකලා අගලකි. පික්සල ප්‍රමාණයන් අඩු වන විට සහ කාච විවරයන් වැඩි වන විට DTI වැදගත් වේ.
ක්ෂුද්‍ර කාච, CFA සහ DTI වල සංයෝජනය දෘශ්‍ය සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික ලෝක අතර පාලමකි. ස්ථර ඝණකම, පිහිටීම හෝ ඒකාකාරිත්වයේ කුඩා දෝෂ වර්ණ නිරවද්‍යතාවය, තියුණු බව සහ ශබ්දයට බලපෑම් කළ හැකිය.
7. අදියර හඳුනාගැනීමේ ස්වයංක්‍රීය අවධානය (PDAF) සහ කැපවූ පික්සල
බොහෝ නවීන ස්මාර්ට්ෆෝන් සංවේදකය මත PDAF (අදියර හඳුනාගැනීමේ ස්වයංක්‍රීය නාභිගත කිරීම) භාවිතා කරයි. මෙයට කාච විවරයේ නිශ්චිත කොටස් වලින් ආලෝකය ලබා ගන්නා විශේෂ පික්සල හෝ ප්‍රදේශ ඇතුළත් වන අතර නාභිගත කිරීමේ දිශාව සහ ප්‍රමාණය තීරණය කිරීම සඳහා අවධි වෙනස්කම් ගණනය කරයි.
PDAF ක්‍රියාත්මක කිරීම සඳහා නිශ්චිත පික්සල හෝ ක්ෂුද්‍ර ආවරණ රටා සඳහා විවිධ CFA සහ ක්ෂුද්‍ර කාච සැලසුම් අවශ්‍ය වේ. සියලුම පික්සල සමාන නොවන නිසා මෙය නිෂ්පාදන සංකීර්ණතාවයට එක් කරයි. අභියෝගය වන්නේ PDAF පික්සල රූපයේ ගුණාත්මක භාවයට හානි නොවන බව සහතික කිරීමයි (උදා: කෞතුක වස්තු හඳුන්වා දීම), අවධානය යොමු කිරීමේ නිරවද්‍යතාවය පවත්වා ගනිමින්.
8. HDR, ද්විත්ව පරිවර්තන ලාභය සහ කියවීමේ ගෘහ නිර්මාණ නිර්මාණය
"ආලෝක ග්‍රහණය" වැඩිදියුණු කිරීමට අමතරව, සංවේදක නිෂ්පාදනය පරිපථ ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයට ද සම්බන්ධ වේ:
- ද්විත්ව පරිවර්තන ලාභය (DCG) මඟින් ආලෝකකරණ තත්ත්වයන් මත පදනම්ව, සංවේදකයට ඉහළ සංවේදීතා මාදිලිය සහ ඉහළ ගතික පරාස මාදිලිය අතර මාරු වීමට ඉඩ සලසයි.
– බහු-නිරාවරණ HDR සඳහා වේගවත් කියවීමක් සහ නිරවද්‍ය කාල පාලනයක් අවශ්‍ය වේ.
- ගෝලීය ෂටරය (කාර්මික කැමරා වල බහුලව දක්නට ලැබුණත්) රෝලිං ෂටරය ජය ගැනීමට වැදගත් මාතෘකාවක් වන නමුත් ස්මාර්ට්ෆෝන් වල ක්‍රියාත්මක කිරීම වඩාත් අපහසු වන්නේ එයට පික්සලයකට ආරෝපණ ගබඩා ධාරිත්‍රකයක් හෝ ප්‍රදේශය සහ සංකීර්ණත්වය එක් කරන අමතර සැලසුමක් අවශ්‍ය වන බැවිනි.
මෙම සියලු ලක්ෂණ ට්‍රාන්සිස්ටර පිරිසැලසුම, ලෝහ ස්ථර ගණන, බල පරිභෝජනය සහ තාපය කෙරෙහි බලපායි - සීමිත බැටරි ආයු කාලයක් සහිත තුනී උපාංගවල තීරණාත්මක සාධක.
9. පරීක්ෂා කිරීම, ක්‍රමාංකනය කිරීම සහ මොඩියුල ඒකාබද්ධ කිරීම
වේෆරය සැකසූ පසු, ඊළඟ වැදගත් පියවර වන්නේ:
– මළ පික්සල, ශබ්දය, ඒකාකාරිත්වය සහ විද්‍යුත් පරාමිතීන් පරීක්ෂා කිරීම සඳහා වේෆර් මට්ටමේ පරීක්ෂණය.
– ඩයිසිං (වේෆරය චිප්ස් වලට කැපීම), පසුව චිපය ආරක්ෂා කරන සහ සම්බන්ධතා සපයන ඇසුරුම් කිරීම.
– ක්‍රමාංකනය: ශබ්ද සිතියම් නිවැරදි කිරීම, සෙවනැලි කිරීම, සුදු සමබරතාවය සහ කාච ලක්ෂණ ඇතුළත් වේ. කැමරා මොඩියුලය එකලස් කර පරීක්ෂා කරන විට ක්‍රමාංකනයේ බොහෝ අංශ සිදු කරනු ලැබේ.
– මොඩියුල ඒකාබද්ධ කිරීම: සංවේදකය කාචය, OIS (දෘශ්‍ය රූප ස්ථායිකරණය) තිබේ නම් සහ අනෙකුත් ආධාරක සංරචක සමඟ යුගලනය කර ඇත. යාන්ත්‍රික පෙළගැස්ම (ඇලවීම, නාභිගත දුර) තියුණු බව කෙරෙහි බෙහෙවින් බලපායි.
ස්මාර්ට්ෆෝන් වල, කැමරා මොඩියුල මිල අඩු සහ මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කළ හැකි වන අතරම දැඩි ඉවසීම් සපුරාලිය යුතුය.
10. අනාගත දිශාවන්: තවත් ස්ථර සහ සංවේදකයට සමීපව පරිගණකකරණය
අනාගතයේදී, ස්මාර්ට්ෆෝන් සංවේදක නිෂ්පාදන තාක්ෂණය පහත සඳහන් දෑ කරා ගමන් කිරීමට ඉඩ ඇත:
- වඩාත් ආක්‍රමණශීලී ගොඩගැසීම, සුමට බන්ධනයක් සහ තද රේඛා සමඟ.
– ශබ්දය අඩු කිරීම, දර්ශන හඳුනාගැනීම හෝ අවම ප්‍රමාදයක් සහිත ක්ෂණික HDR සඳහා සංවේදකය මත AI/පරිගණකය.
– මෙගාපික්සල් සරලව වැඩි නොකර ශබ්දය අඩු කරන සහ ගතික පරාසය වැඩි කරන ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයක් සහිත ස්මාර්ට් පික්සල.
- ආලෝක අවශෝෂණ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කරන සහ කුඩා පික්සලවල හරස් කතා මර්දනය කරන නව ද්‍රව්‍ය සහ ව්‍යුහයන්.
පරිගණක ඡායාරූපකරණය වඩ වඩාත් ප්‍රමුඛ වන විට පවා, අමු සංවේදක දත්තවල ගුණාත්මකභාවය මූලික වශයෙන් පවතී. එබැවින්, BSI, DTI සිට ගොඩගැසූ CMOS දක්වා නිෂ්පාදන නවෝත්පාදනයන් දිගටම ප්‍රධාන වනු ඇත.
නිගමනය
ස්මාර්ට්ෆෝන් කැමරා සංවේදක නිෂ්පාදන තාක්ෂණය අර්ධ සන්නායක නිරවද්‍යතාවය සහ ක්ෂුද්‍රමීටර පරිමාණ දෘශ්‍ය ඉංජිනේරු විද්‍යාව ඒකාබද්ධ කරයි. වේෆර් ලිතෝග්‍රැෆි සහ මාත්‍රණයේ සිට BSI සඳහා තුනී කිරීම, ගොඩගැසූ සංවේදක සඳහා චිප් ගොඩගැසීම, ක්ෂුද්‍ර කාච සහ CFA නිෂ්පාදන දක්වා, සියලුම ක්‍රියාවලීන් කුඩා සංවේදකවලට ආලෝකය කාර්යක්ෂමව, ඉක්මනින් සහ නිවැරදිව ග්‍රහණය කර ගැනීමට හැකි වන පරිදි නිර්මාණය කර ඇත. ප්‍රතිඵලය වන්නේ විවිධ තත්වයන් යටතේ වැඩි වැඩියෙන් විශ්වාසදායක ස්මාර්ට්ෆෝන් කැමරා වන අතර, තත්‍ය කාලීන HDR, සුපිරි වේගවත් ස්වයංක්‍රීය නාභිගත කිරීම සහ සංයුක්තව පවතින උපාංගවල උසස් තත්ත්වයේ වීඩියෝ වැනි නව විශේෂාංග සඳහා මග පාදයි.
ඔබට අවශ්‍ය නම්, මට එකතු කළ හැකිය: (1) පියවරෙන් පියවර කරුණු ආකාරයෙන් නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලි ප්‍රවාහය පිළිබඳ නිදර්ශනයක්, (2) BSI vs FSI vs ගොඩගැසී ඇති ආකාරය සංසන්දනය කරන විශේෂ උප පරිච්ඡේදයක්, හෝ (3) ගිහි පාඨකයින්ට පහසු කිරීම සඳහා පද ලැයිස්තුවක් (පාරිභාෂික ශබ්දකෝෂය).
