Theknoloji ea Tlhahiso ea Sensor ea Khamera ho Li-smartphone
Ntlafatso ea lik'hamera tsa li-smartphone lilemong tse leshome tse fetileng e bile e hlollang. Lifoto tseo pele li neng li "lekane bakeng sa litokomane" joale li khona ho atamela boleng ba lik'hamera tse inehetseng maemong a mangata. Tsoelo-pele ena ha e tsamaisoe feela ke software ea ts'ebetso ea litšoantšo empa hape e tsamaisoa ke theknoloji ea tlhahiso ea li-sensor tsa khamera - likarolo tsa mantlha tse fetolang leseli hore e be matšoao a motlakase. Ka mor'a mojule o mosesaane oa khamera ho na le ts'ebetso e rarahaneng, e nepahetseng haholo, le e ntseng e fetoha ea tlhahiso ea li-semiconductor ho tobana le liphephetso tsa boholo bo bonyenyane, tšebeliso e tlase ea matla, le boleng bo phahameng ba setšoantšo.
1. Karolo ea li-sensor le mekhoa theknolojing ea khamera ea li-smartphone
Disensara tsa khamera tsa di-smartphone hangata di itshetlehile ka CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Ha di bapiswa le disensara tsa CCD tse kileng tsa ratwa, CMOS e boloka matla haholoanyane, e na le ho bala kapele, mme ho bonolo ho e kopanya le dipotoloho tsa ho sebetsana le matshwao ho chip e le nngwe. Mekhoa e susumetsang boqapi ba disensara tsa di-smartphone e kenyeletsa: qeto e eketsehileng (ho fihla ho mashome kapa esita le makgolo a di-megapixel), tshebetso e betere ya lesedi le tlase, bokgoni ba video ba qeto e phahameng, HDR ya nako ya nnete, autofocus e potlakileng, le tshehetso ya ho nka difoto ka dikhomphutha.
Litlhoko tsena kaofela li qobella bahlahisi ba li-sensor ho ntlafatsa meaho ea li-pixel, thepa, lits'ebetso tsa lithography, meralo ea potoloho, esita le tsela eo ba kopanyang likarolo tsa chip ho boloka botenya ha ba ntse ba ntlafatsa ts'ebetso.
2. Sebopeho sa motheo sa sensor ea CMOS: ho tloha ho li-photon ho ea ho data
Ha re bua ka bokhutšoanyane, pixel ka 'ngoe ho sensor ea CMOS e na le sebaka sa photodiode ho hapa leseli le li-transistors tse nyane ho bala le ho matlafatsa lets'oao. Ha li-photon li kena, photodiode e hlahisa lielektrone (tjhaja ea motlakase) e lekanang le matla a khanya. Tefiso ena e baloa ka potoloho ea ho bala, e fetoloa data ea dijithale ke ADC (Analog-to-Digital Converter), ebe e sebetsoa hape hore e be setšoantšo.
Leha ho le jwalo, moralo o sebetsang o rarahane haholo: pixel ka 'ngoe e tlameha ho fokotsa lerata, ho eketsa sebaka se fetohang, ho thibela ho bua ka tsela e fapaneng (ho dutla ha lesedi kapa ho tjhaja ho dipiksele tse haufi), le ho boloka kutlo e phahameng leha boholo ba pixel bo ntse bo fokotseha.
3. Mokhahlelo oa tlhahiso ea Wafer: motheo oa tlhahiso ea sensor
Tlhahiso ea sensor ea khamera e qala ka li-wafer tsa silicon, joalo ka liindastering tse ling tsa semiconductor. Mekhoa e meholo e kenyelletsa:
1. Ho ntša oksijene le ho kenngoa ha filimi e tšesaane
Wafer e koahetsoe ka thepa e thibelang mocheso kapa e tsamaisang mocheso (mohlala, SiO₂, poly-silicon, litšepe tse itseng) ho sebelisoa mokhoa o kang CVD (Chemical Vapor Deposition) kapa PVD (Physical Vapor Deposition).
2. Fotolithography
Mekhoa ea potoloho le meaho ea li-pixel li "hatisoa" ho sebelisoa photoresist 'me li pepesetsoa leseling ka maske. Ha theknoloji ea ts'ebetso e le nyane, lithography e hloka ho nepahala haholoanyane.
3. Ho hlaba
Likarolo tse itseng tsa lera lia tlosoa ho etsa sebopeho, ebang ke ka ho tjhesa ka metsi kapa ka ho tjhesa ka omileng (plasma).
4. Ho kenya li-ion ka doping / ho kenya li-ion
Li-ion tse itseng li kenngoa ka har'a silicon ho etsa libaka tsa N le P, tse hlokahalang hore li-photodiode le li-transistors li sebetse ho latela litlhaloso.
5. Ho kopanya tšepe le ho hokahana
Litsela tsa tšepe li etsoa ho hokahanya li-transistor, memori le li-block tsa ts'ebetso ka har'a chip.
Ho di-sensor tsa khamera, tlhahiso ya di-pixel ha e shebane feela le di-transistors empa hape e shebane le ho ntlafatsa di-photodiode le dibopeho tse nyane tsa optical tse ka hodimo ho tsona. Phephetso ke ho netefatsa hore dikarolo tsa elektroniki le tsa optical di sebetsa ka kutlwano sebakeng se senyenyane haholo.
4. Leseli la Backside (BSI): phetoho e kholo kutloisisong
E 'ngoe ea lintho tse ncha tse kholo ho li-sensor tsa li-smartphone ke BSI (Backside Illumination). Li-sensor tsa setso (Frontside Illumination/FSI), leseli le kena ka lehlakoreng le le leng le lera le entsoeng ka tšepe le li-transistors. Ka lebaka leo, leseli le leng le koetsoe ke terata le potoloho, e leng se fokotsang kutlo.
Ho BSI, wafer e sebetsoa ka tsela eo leseli le kenang ho tsoa "ka morao" (lehlakore le sa sitisoang ke likhokahano). Sena se finyelloa ka ho fokotsa wafer le ho tsamaisa mela ea khokahano ho ea lehlakoreng le leng. Sephetho:
– leseli le eketsehileng le fihla ho photodiode,
– tshebetso e ntlafetseng ya mabone a tlase,
- bokgoni bo phahameng ba quantum,
– e loketse dipiksele tse nyane.
Ts'ebetso ea BSI e hloka taolo e tiileng ea mechine le ea lik'hemik'hale nakong ea ho fokotsa wafer, kaha botenya bo bobebe haholo bo ka fokotsa chai (sekhahla sa katleho ea tlhahiso) kapa ba etsa hore wafer e be le monyetla oa ho petsoha.
5. CMOS e nang le Stacked: e nang le stacked ho potlakisa le ho ntlafatsa mesebetsi
Ho eketsa lebelo le ho eketsa likarolo ntle le ho eketsa boholo, indasteri e sebelisa li-sensor tse nang le li-stacked. Khopolo-taba: arola lera la pixel le lera la logic holim'a li-wafer tse arohaneng, ebe u li hokahanya u sebelisa theknoloji e teteaneng haholo ea khokahano (mohlala, bonding ea hybrid kapa TSV—Through-Silicon Via).
Melemo ea CMOS e nang le li-stacked:
– Ho bala kapele, ho loketse video e potlakileng, ho phatloha ha difoto, le ho fokotsa ho thiba ha shutter.
– Ho ka eketsoa logic le memori e eketsehileng (mohlala, li-buffer/DRAM meralong e meng) ntle le ho senya sebaka sa pixel.
– Ts'ebetso ea ho sebelisa sensor joalo ka HDR e potlakileng ea ho pepesehela lintho tse ngata kapa autofocus e arabelang haholoanyane.
Tlhahisong, ho hokahanya wafer ho hloka ho nepahala ho feteletseng. Liphephetso tse kholo ke ho boloka boleng ba junction, ho fokotsa khanyetso, ho eketsa chai le ho boloka litšenyehelo tse tlase tsa tlhahiso.
6. Theknoloji ea Pixel: lense e nyane, CFA, le ho itšehla thajana
Ka holim'a photodiode, ho na le likarolo tsa bohlokoa haholo tsa optical:
– Microlens: lense e nyane ka holim'a pixel ka 'ngoe ho "bokella" leseli sebakeng se sebetsang sa photodiode. Lifonong tse bohlale tse nang le lilense tse nyane tsa khamera, microlens li thusa ho eketsa khanya e fihlang pixel ka katleho.
– Sefa sa Mebala (CFA): sefe sa mebala (hangata e le paterone ea Bayer kapa mefuta e fapaneng ea eona) se lumellang sensor ho khetholla mebala. Li-CFA li etsoa ka ho beha le ho etsa lipaterone tsa thepa ea polymer e mebala.
– Tebileng Trench Isolation (DTI): foro e arohaneng e tletseng thepa e sireletsang mocheso ho thibela ho kopana ha dipiksele. DTI e ba ya bohlokwa ha boholo ba dipiksele bo fokotseha mme masoba a lense a eketseha.
Motsoako oa lilense tse nyane, CFA, le DTI ke borokho bo pakeng tsa lefats'e la optical le la elektroniki. Liphoso tse nyane botenya ba lera, boemo, kapa ho tšoana li ka ama ho nepahala ha 'mala, ho hlaka le lerata.
7. Phase Detection Autofocus (PDAF) le dipiksele tse inehetseng
Li-smartphone tse ngata tsa sejoale-joale li sebelisa PDAF (Phase Detection Autofocus) ho sensor. Sena se kenyelletsa li-pixel tse khethehileng, kapa libaka, tse amohelang khanya ho tsoa likarolong tse itseng tsa lense lesoba le ho bala liphapang tsa mekhahlelo ho fumana tataiso le boholo ba tokiso ea ho tsepamisa maikutlo.
Ho kenngwa tshebetsong ha PDAF ho hloka meralo e fapaneng ya CFA le dilense tse nyane bakeng sa dipiksele tse itseng, kapa dipaterone tsa micromasking. Sena se eketsa ho rarahana ha tlhahiso hobane ha se dipiksele tsohle tse tshwanang. Phephetso ke ho netefatsa hore dipiksele tsa PDAF ha di senye boleng ba setshwantsho (mohlala, ho hlahisa dintho tsa kgale), ha ho ntse ho bolokwa ho nepahala ha ho tsepamisiwa maikutlo.
8. HDR, phaello ea phetoho e habeli, le moralo oa meralo ea ho bala
Ntle le ho ntlafatsa "ho hapa leseli", tlhahiso ea sensor e boetse e amana le meralo ea potoloho:
– Phaello e Kopanetsoeng ea Phetoho (DCG) e lumella sensor ho fetola pakeng tsa mokhoa oa ho ba le kutlo e phahameng le mokhoa oa ho ba le sebaka se phahameng sa matla, ho latela maemo a mabone.
– HDR e nang le ponahalo e ngata e hloka ho baloa kapele le taolo e nepahetseng ea nako.
– Sethibelo sa lefats'e (le hoja se atile haholo lik'hamera tsa indasteri) ke taba ea bohlokoa eo u lokelang ho e hlōla sethibelo sa ho phutholla, empa ho thata ho se kenya tšebetsong lifonong tse bohlale hobane se hloka capacitor ea polokelo ea chaja ka pixel kapa moralo o eketsehileng o eketsang sebaka le ho rarahana.
Likarolo tsena kaofela li ama sebopeho sa transistor, palo ea mealo ea tšepe, tšebeliso ea matla, le mocheso—lintlha tsa bohlokoa lisebelisoa tse tšesaane tse nang le bophelo bo fokolang ba betri.
9. Teko, tlhahlobo, le kopanyo ea mojule
Hang ha wafer e se e sebetsitsoe, mehato e latelang ea bohlokoa ke:
– Teko ea boemo ba wafer ho hlahloba li-pixel tse shoeleng, lerata, ho tšoana le liparamente tsa motlakase.
– Ho seha wafer hore e be di-chips, ebe ho pakwa e sireletsang chips le ho fana ka dikgokelo.
– Ho lekanya: ho kenyelletsa ho lokisa dimmapa tsa lerata, moriti, ho leka-lekana ha bosweu, le dibopeho tsa lense. Dikarolo tse ngata tsa ho lekanya di etswa ha mojule wa khamera o kopantswe le ho lekoa.
– Ho kopanngoa ha mojule: sensor e tsamaisana le lense, OIS (ho tsitsisa setšoantšo sa optical) haeba e le teng, le likarolo tse ling tse tšehetsang. Ho hokahanya ha mechine (ho sekamela, sebaka sa ho tsepamisa maikutlo) ho ama haholo ho hlaka.
Ho di-smartphone, di-module tsa khamera di lokela ho fihlella maemo a thata ha ka nako e ts'oanang di ntse di le theko e tlase ebile di ka hlahiswa ka bongata.
10. Litaelo tsa nakong e tlang: mekhahlelo e mengata le ho bala haufi le sensor
Nakong e tlang, theknoloji ea tlhahiso ea li-sensor tsa li-smartphone e kanna ea fetela ho:
– Ho bokellana ka matla haholoanyane ka ho kopanya ho boreleli le mela e tiileng haholoanyane.
– AI/khomphutha e ho sensor bakeng sa phokotso ya lerata, ho lemoha sebaka, kapa HDR e potlakileng ka late e fokolang.
– Dipiksele tse bohlale haholoanyane tse nang le meralo e fokotsang lerata le ho eketsa sebaka se fetohang ntle le ho eketsa di-megapixel feela.
– Thepa le meaho e mecha e eketsang bokgoni ba ho monya lesedi le ho thibela ho kopana ha lesedi ka dipiksele tse nyane.
Leha ho nka difoto ka dikhomphutha ho ntse ho ata haholo, boleng ba data ya sensor e tala bo ntse bo le bohlokwa. Ka hona, boqapi ba tlhahiso—ho tloha ho BSI, DTI, ho isa ho CMOS e nang le di-stacked—bo tla tswela pele ho ba bohlokwa.
Qetello
Theknoloji ea tlhahiso ea sensor ea khamera ea li-smartphone e kopanya ho nepahala ha semiconductor le boenjiniere ba optical ba micrometer. Ho tloha ho lithography ea wafer le doping, ho ea ho thinning bakeng sa BSI, ho beha chip stacking bakeng sa li-sensor tse behiloeng, ho ea ho li-microlens le tlhahiso ea CFA, lits'ebetso tsohle li etselitsoe ho nolofalletsa li-sensor tse nyane ho hapa leseli ka katleho, kapele le ka nepo. Sephetho ke lik'hamera tsa li-smartphone tse tšepahalang haholoanyane maemong a fapaneng, ha li ntse li bula tsela bakeng sa likarolo tse ncha tse kang HDR ea nako ea sebele, autofocus e potlakileng haholo, le video ea boleng bo holimo lisebelisoa tse lulang li le nyane.
Haeba o lakatsa, nka eketsa: (1) setshwantsho sa phallo ya tshebetso ya tlhahiso ka mokgwa wa dintlha tsa mohato ka mohato, (2) kgaolo e nyane e ikgethang e bapisang BSI vs FSI vs stacked, kapa (3) lethathamo la mantswe (glossary) ho nolofatsa babadi ba sa rutehang.
