Новости

Развитие датчиков изображения CMOS и перспектива использования предварительных обещаний технологий обработки изображения улучшить качество жизни. С быстрым появлением параллельного аналого-цифрового преобразователя (ADC) и загоренных задней стороной технологий (BI), датчиков изображения CMOS в настоящее время преобладайте рынок цифровой фотокамеры, пока штабелированные датчики изображения CMOS продолжаются обеспечить увеличенный опыт функциональности и потребителя. Эта бумага рассматривает недавние достижения штабелированных датчиков изображения в развитии архитектур датчика изображения для ускорения улучшений представления, расширить воспринимать возможности, и край комбайна вычисляя с различными штабелированными технологиями прибора.
Датчики изображения в настоящее время использованы в разнообразие применениях. С вымысла обязанност-соединенного прибора (CCD) в 1969, датчики полупроводникового изображения распространяли к разнообразие потребительским рынкам, как компактные видеокамеры и цифровые фотокамеры. Датчик изображения CMOS, который датчик полупроводникового изображения основного направления с 2005, строения на технологии начатой для CCDs. В дополнение к смартфонам, в настоящее время самый большой рынок датчика изображения, требование для датчиков изображения быстро расширяет для включения камер сети для безопасности, компьютерного зрения для автоматизации фабрики, и автомобильных камер для помогать управлять и автономные вынуждающих систем.
Главный поворотный пункт в сенсорной технике изображения CMOS было успешным развитием задн-освещенных датчиков изображения (BI), которые включили развитие штабелированных структур датчиков изображения, как показано в диаграмме 1. В первоначальной передн-освещенной структуре (FI), было трудно уменьшить размер пиксела датчика потому что свет случая должен быть собран фотодиодом через зазор окруженным линиями металла. Загоренные задней стороной структуры (BI) значительно улучшали чувствительность и позволить гибкости в трассе металла, и это стало популярным продуктом для датчиков изображения должных к выпуску облигаций вафли и методам весьма равномерной вафли утончая. Датчики изображения постепенно превращаются к штабелированным структурам, в которых цепи логики сразу интегрированы на низкопробной вафле. Штабелируя процесс учитывает высокий уровень интеграции сильно параллельных аналого-цифровых преобразователей (ADCs) и элементов в более предварительных процессах CMOS, независимого обработки сигнала процесса датчика подгонянного для фотодиодов пиксела. Штабелированные структуры прибора продолжаются драматически изменить архитектуры датчика изображения.

Вычисляйте 1. структуры датчика изображения CMOS. () структура FI, структура BI (b), и (c) штабелированная структура с vias.
Эта бумага рассматривает тенденции в архитектурах датчика изображения со штабелированными приборами значительно ускорить ход улучшений представления, расширить воспринимать возможности, и интегрирует возможности края вычисляя подключенные со слоем датчика. Второй раздел представляет различные архитектуры датчика для штабелированных конфигураций прибора которые включают высокое разрешение пиксела и высокую частоту кадров отображая через сильно параллельные столбец-параллельные ADCs. Раздел 3 представляет некоторые предварительные цепи пиксела снабженные используя соединения Cu-Cu пиксел-тангажа которые критические для лучшего представления пиксела на практически разрешениях пиксела. соединения Cu-Cu Пиксел-тангажа также позволяют архитектуры датчика приблизить к пиксел-параллельное цифрование. Раздел IV представляет некоторые выдвижения в архитектуры датчика которые расширяют воспринимать возможности, как пространственная глубина, височный контраст воспринимая, и невидимое светлое воображение. Раздел v вводит датчики зрения которые интегрируют акселераторы искусственного интеллекта (AI) на крае. В конце концов, раздел VI дает некоторые заключения.
II. запись со сверх фильмами megapixel
Запись фильма требует частоты кадров по крайней мере 30 или 60 кадров в секунду (fps), даже если число пикселов увеличивает от формата высоко-определения 2 megapixel (HD) к 8 формату megapixel 4K. Дополнительно, более высокая деятельность частоты кадров, как 120, 240 или 1000 кадров в секунду (fps), может обеспечить воспроизведение замедления. В виду того что столбец-параллельная архитектура ADC была предложена в 1997, частоты кадров улучшали путем увеличение числа параллельных ADCs и быстро проходить - вверх по деятельности самой ADC. Штабелированные структуры помогают увеличить частоты кадров как самый лучший технологический прочесс можно приложить к пикселам и peripherals датчика. Изготовление датчика требует, что несколько процессов вживления иона формируют фотодиоды и транзисторы с низкой утечкой соединения. Однако, процесс логики требует низкого сопротивления и высокоскоростных транзисторов. Для пикселов, 3 или 4 слоя проводки обычно достаточны, но около 10 слоев проводки необходимы для цепей логики. Штабелируя используемый метод может разрешить противоречивые ограничения не-штабелированных датчиков изображения на таком же обломоке, включая пикселы датчика и цепи логики.
Архитектура A. Двойн Выстраивать в ряд ADC
В настоящее время, большинств датчики изображения CMOS включают массив пикселов, тысячи ADCs и организованные цепи логики в столбец-параллельной структуре. Как показано в диаграмме 2 (a), vias через-кремния (TSVs) расположенные вне массива пиксела соединяют столбцы пиксела с ADC в сильно параллельной моде. В первом штабелированном изображении CMOS датчик ввел в 2013, сетноом-аналогов и цифровые части столбца ADC были разделены в верхние и нижние обломоки, соответственно, как показано в диаграмме 2 (b). В 2015, архитектура ADC двойн-столбца была предложена и была достигана частота кадров 120 fps на пикселах 16M, куда столбец ADC совершенно был двинут к нижнему обломоку, как показано в диаграмме 2 (c). Обломок датчика изготовлен используя процесс датчика 90nm изготовленный на заказ для фотодиодов, используя только логику NMOS. Обломоки логики изготовлены используя стандартный процесс CMOS 65 нанометров. В виду того что столбец ADC можно снабдить независимо от обломока датчика, ADC можно сильно интегрировать. В дополнение к увеличению частоты кадров, резервные параллельные ADCs использованы для уменьшения шума путем усреднять множественные сетно-аналогов-к-цифровые преобразования (ОБЪЯВЛЕНИЯ), как показано в диаграмме 3. Выход одного пиксела распределен до 2 ADCs одновременно, и 2 цифрового данного суммированы для того чтобы воспроизвести рамку изображения. Участки времени 2 ADCs немножко другие для того чтобы достигнуть уменьшения шума путем уменьшение корреляции между их шумными сигналами.

Вычисляйте вставку 2. штабелированного датчика изображения CMOS. (a) фотодиод связи между TSV и цепь логики. (b) первый штабелированный датчик изображения CMOS. архитектура ADC Двойн-ряда (c).

Диаграмма 3. упрощенная блок-схема (левая) и улучшенные характеристики помех (правые) архитектуры ADC двойн-ряда.
3-слой B. штабелировал датчик изображения CMOS с динамическим оперативным запоминающим устройством (ДРАХМА)
По мере того как число пикселов и параллельных повышений ADCs, датчиков изображения вывело наружу большое количество данных. В 2017, был предложены, что записал 3-слой штабелированный датчик изображения CMOS видео замедления на 960 fps, как показано в диаграмме 4; 3 слоя подключены vias через-кремния (TSVs), и данные полученные от параллельного ADC амортизированы во втором слое ДРАХМЫ для того чтобы достигнуть захвата замедленного движения. Для супер записи замедления, датчик может побежать на 960 fps на полном разрешении HD пока цифровые данные от ADC временно амортизированы в ДРАХМЕ над автобусом 102-Gbit/s. Когда датчик обнаруживает пуски потребителя или быстрое движение в сцене во время стрельбы фильма 30 fps, скорость отсчета будет 960 fps. До 63 кадра полного разрешения HD можно хранить в ДРАХМЕ одновременно и амортизировали вывод данных во время последующего захвата фильма.

Вычисляйте что 4. 3-слоя штабелировал датчик изображения CMOS с ДРАХМОЙ
C. Для большой оптически технологии Обломок-на-вафли формата
Штабелированные датчики изображения CMOS введенные на сегодняшний день изготовлены в процессе вафл-на-вафли (вау) скрепляя. Однако, с размеров датчика и логики обломоки должны быть этими же, этот процесс нет всегда самого лучшего выбора, особенно для большого оптически формата. Другой штабелируя метод включает выпуск облигаций коровы, как показано в показанной диаграмме 5. Эффективность зоны самые лучшие в вау скреплять когда обломок логики одинакового размера по мере того как оптически формат совершенно заполнен с сильно параллельными ADCs и цифровыми строительными блоками. Однако, если цепь логики более небольшая чем оптически формат, то конфигурация коровы имеет самую лучшую эффективность зоны, пока вау конфигурация стоила вопросы.

Диаграмма эффективность 5. областей вау и устрашать скрепляя процессы для больших оптически датчиков изображения формата.
Штабелированный датчик изображения CMOS используя процесс выпуска облигаций коровы [12] был сообщен в 2016, осуществляющ глобальный датчик изображения шторки для камер передачи с форматом super-35 mm оптически. Здесь, 2 обломока отрезанных логики конструированы в процессе 65 nm CMOS с параллельными ADCs и microbumps и штабелированы на большом обломоке датчика таможн-конструированном для глобальных пикселов шторки, как показано в диаграмме 6. Обломок логики выреза с высоким коэффициентом сжатия соединен с датчиком через microbumps с тангажом µm 40. Поэтому, общее количество соединений около 38 000. Датчик также учитывает супер воспроизведение замедления на 480 fps через 8 megapixels.

Вычисляйте 6. штабелированный датчик изображения CMOS используя процесс выпуска облигаций коровы.
На диаграмму 7 показано тенденции представления для больших датчиков изображения оптически-формата, с 50 megapixels и 250 fps для датчиков изображения full-35-mm-format в 2021. Для увеличения числа параллельных ADCs и дифференциального для увеличения статического буфера изображения оперативного запоминающего устройства (SRAM), вау процесс использован для того чтобы достигнуть высокой эффективности. С другой стороны, процесс коровы использован для того чтобы сбалансировать эффективность затрат с представлением больших датчиков оптически-формата. Также введен в 2021 датчик изображения 3,6 дюймов с 127 миллионов пикселами и 4 обломоками логики штабелированными используя процесс коровы. Следующая проблема для процесса коровы увеличить объем размещения обломока на вафле для увеличения урожайности.

Вычисляйте 7. тенденции представления для больших оптически датчиков изображения формата.
III. архитектура параллели пиксела
В предыдущем разделе, архитектура датчика используя штабелированные приборы главным образом была использована для увеличения частоты кадров столбец-параллельной архитектуры основанной ADC. Этот раздел представляет некоторые выдвижения основанные на пиксел-параллельных архитектурах используя соединения Cu-Cu мелкого шага. Здесь, связи между датчик и слои логики были изменены от TSVs на гибрид-скрепленные соединения Cu-Cu, как показано в диаграмме 8 (a). В конфигурации TSV, сигнальные линии направлены к слою логики на периферии массива пиксела. В отличие, соединения Cu-Cu можно интегрировать сразу под пикселом, и эти соединения позволяют увеличить число соединений. Самые последние тенденции относительно дистанционирования соединения Cu-Cu показаны в FIG. 8 (b). Гибридный скрепляя процесс датчиков изображения требует миллионов соединений Cu-Cu без дефектов соединения, пока контакт размечая постепенно уменьшает со стабилизированным соединением большое количество контактов; кроме того, Cu-Cu 1-µm недавно сообщал гибридное дистанционирование скрепления. Эти соединения мелкого шага позволят пиксел-параллельные архитектуры цепи быть изготовленным на практически размерах пиксела.

Диаграмма 8. структура прибора тенденций дистанционирования соединения Cu-Cu () упрощенная и поперечное сечение (b).
Расширение цепи пиксела A. Stacked
Были предложены, что в литературе улучшают представление пиксела через расширение цепи пиксела, как очень хорошо емкость (FWC), и снабжают многочисленные методы и вставки дополнительные функции, как глобальная шторка. Диаграмма 9 (a) и шоу (b) конфигурация пиксела для одиночного избыточного коэффициента воспроизводства и двойного избыточного коэффициента воспроизводства, соответственно. Качания более небольшого емкостного опыта CFDs высоковольтные от оптической электроники для малошумного отсчета, но он легко насыщены большое количество электронов сигнала. Однако, пикселы с двойными избыточными коэффициентами воспроизводства переключены последовательной деятельностью между 2 избыточными коэффициентами воспроизводства, включающ малошумные чтения на CFD и высокие чтения динамического диапазона (HDR) на CDCG; к тому же, накладные расходы зоны дополнительных транзисторов и разрешение пиксела конденсаторов высокое достиганы путем ограничивать количество что размер пиксела можно уменьшить. В 2018, было предложено штабелированное расширение цепи пиксела с двойным избыточным коэффициентом воспроизводства; дополнительные цепи были снабжены на нижнем обломоке через пиксел-параллельные соединения Cu-Cu, как показано в FIG. 9 (c). Путем переключать между избыточными коэффициентами воспроизводства 20 и 200 µV/e-, пиксел 1.5-µm успешно был показан с динамическим диапазоном dB 83,8 и малошумный 0,8 e-rms. Как показано в диаграмме 10, на уровне пиксел штабелированная конфигурация цепи была приложена к функции шторки напряжени тока-домена глобальной и пикселу с двойным избыточным коэффициентом воспроизводства. 2019 продемонстрировали пиксел шторки 2,2 µm глобальный с эффективностью шторки dB сверх 100. Современные пикселы с двойной шторкой избыточного коэффициента воспроизводства и напряжени тока-домена глобальной достигнуть размеров пиксела 0,8 µm и µm 2,3, соответственно, без на уровне пиксел штабелируя шкалирования цепи; однако, ожидано, что увеличивают штабелированные конфигурации пиксела все еще представление пиксела для более небольших пикселов.

Диаграмма 9. конфигурации цепи пиксела (a) с одиночным избыточным коэффициентом воспроизводства, (b) с двойным избыточным коэффициентом воспроизводства, и (c) с двойным избыточным коэффициентом воспроизводства и штабелированными пикселами с параллельными соединениями Cu-Cu.

Диаграмма 10. конфигурация цепи пиксела штабелированной шторки напряжени тока-домена глобальной через пиксел-параллельные соединения Cu-Cu.
B. Пиксел Параллельн ADC
В виду того что концепция пиксел-параллельного цифрования была предложена в 2001, пиксел-параллельные Cu-Cu-соединенные штабелированные датчики изображения с гибридными скрепляя процессами также были предложены. накладные расходы зоны В пределах-пиксела в сложных цепях определенно ограничивают разрешение пиксела, но в 2017 4,1 штабелированный megapixel датчик изображения с массив-параллельной архитектурой ADC был предложен, следовать в 2018 датчиком 1,46 изображения ADC параллели megapixel штабелированным. Пиксел-параллельная архитектура ADC достигала разрешения Mpixel должного к соединениям Cu-Cu мелкого шага гибридного скрепляя процесса. Как показано в диаграмме 11, одно-наклон ADCs использован в пиксел-параллельных и традиционных столбец-параллельных архитектурах, но без цепей следующего источника. усилители транзистора В-пиксела интегрированы сразу в компараторы, соединяя каждый пиксел с нижним обломоком через 2 соединения Cu-Cu. Должный к ограничению зоны счетчика, серый код назначен защелкам в-пиксела, и трубопроводы цифрового отсчета были снабжены используя ADCs под массивом пиксела.

Диаграмма 11. конфигурация цепи пиксел-параллельного ADC.
На диаграмму 12 (a) показано обломок прототипа с пиксел-параллельной архитектурой ADC; хотя каждый ADC снабжен с тангажом пиксела µm только 6,9, где спокойное течение компаратора ограничено к nA 7,74, пол шума должный к управлению эффективной полосы частот подавленному до 8,77 e−rms. Все пиксел-параллельные ADCs работают одновременно как глобальная шторка; поэтому, как показано в диаграмме 12 (c), никакое искажение фокальной плоскости свертывая шторки как показано в диаграмме 12 (b) не наблюдается в изображениях захваченных используя прототип. Пиксел-параллельные архитектуры ADC продолжаются быть начатым. Самая недавняя работа в 2020 шоу тангаж пиксела µm 4,6, динамический диапазон 127-dB, и шум 4.2e−rms, и работа µm 4,95 и шум 2.6e−rms.

Диаграмма 12. вставка На-обломока пиксел-параллельного ADC. () микрорисунок обломока. изображения (b) захваченные используя деятельность шторки завальцовки и (c) используя глобальную деятельность шторки.
Счетчик фотона C. Пиксела Параллельн
Фотон считая воображение, также известное как воображение суммы, многообещающий метод для включать захват изображения со свободным от шум отсчетом и высоким воображением динамического диапазона (HDR). Фотон-считающ изображение датчики используя диоды лавины одно-фотона (SPADs) одна из проблем пиксел-параллельного цифрования до штабелировать методы. Течение лавины вызвано одиночным фотоэлектроном, и в отсутствии любого шума от сетноых-аналогов первоначальных сетей, событие можно осмотреть цифров как отсчет фотона. Это требует вставки сложных цепей для каждого SPAD; тогда как штабелированный структуры прибора с соединениями пиксела имеют потенциал для сильно интегрированного фотона считая воображение.
Датчик изображения SPAD фотон-считая с динамическим диапазоном dB 124 и использования подрамника экстраполируя архитектуру был сообщен в 2021. Задн-освещенный массив пиксела диода лавины одно-фотона (BI) (SPAD) штабелирован на нижнем обломоке, и сети отсчета подключены через пиксел-параллельный Cu-Cu, как показано в диаграмме 13 (a). FIG. 13 (b) схематическая диаграмма блока пиксела. Каждый пиксел имеет счетчик пульсации 9 b цифровой (CN) который считает число фотонов случая. Переполнение носит () от счетчика возвращено в гасит цепь для того чтобы контролировать активацию SPAD и запирать на задвижку приурочивая код (TC). Код времени 14 b (TC) после этого назначен всем пикселам и отвергает счетчик когда изменений флага, как показано в приурочивая диаграмме в диаграмме 14. Прочитанный вне 9 отсчетов b фотонов или запертого на задвижку TCs 14 b и получить все отсчеты фотона точно в низких освещениях без встречного переполнения. Однако, когда счетчик переполняет в ярких освещениях, переполняя пиксел записывает время и экстраполирует фактическое число фотонов случая в течении выдержки.

Диаграмма 13. Фотон считая датчик изображения. () конфигурация обломока. (b) упрощенная принципиальная схема пиксела.

Диаграмма 14. Диаграмма времени для считать фотона и экстраполяции подрамника.
Как показано в диаграмме 15 (a), динамический диапазон dB 124 был продемонстрирован без любого ухудшения в коэффициенте сигнал-шума (SNR). SNR после встречного переполнения под яркими остатками освещений на dB 40 над выдвинутым динамическим диапазоном, с деятельности истинного фотона считая может сосчитать до 10 240 фотонов, или 9 подрамников × 20 битов. Показано что на диаграмму 15 (b) изображение HDR захватило на 250 fps; должный к глобальной 20 подрамника HDR деятельности шторки и, никакие артефакты движения не наблюдались даже с вентилятором 225 rpm вращая. Экстраполяция 20 подрамников эффектно подавляет артефакты движения, как показано в FIG. 15 (c). SPAD требует высокого напряжения смещения около 20 v и пиксел-параллельного вызывать детекторов на низкой подаче напряжения. Пикселы SPAD с небольшими тангажами часто трудны для того чтобы достигнуть должного к изоляции прибора между различными подачами напряжения. Однако, штабелированная структура прибора эффектно отделяет слои логику SPAD и CMOS, таким образом ускоряя ход развития небольших конфигураций пиксела с SPAD и выдвинутой функциональностью.

Диаграмма 15. Результаты измерения считать фотона. () динамический диапазон и коэффициент сигнал-шума. (b) захватил изображение HDR. (c) захваченное изображение с подавлением артефакта движения.
IV. расширение воспринимать возможность
В дополнение к ранее введенному динамическому диапазону и глобальным возможностям шторки, штабелированная технология прибора не только увеличивает качество изображения архитектуры датчика, но также увеличивает воспринимать возможности как пространственная глубина, височный контраст воспринимая, и невидимое светлое воображение.
Глубина A. Пространственный
Как описано в разделе III-C, штабелированная структура прибора с выпуском облигаций Cu-Cu гибридным перспективный подход для практически технологии SPAD в широком диапазоне применений и уменьшает тангаж пиксела SPAD к меньше µm чем 10. Улучшил эффективность обнаружения фотона (PDE) и уменьшил оптически помеху с небольшим тангажом пиксела, массив пиксела BI SPAD включая полную изоляцию канавы (FTI) и выпуск облигаций Cu-Cu были сообщены, что в 2020. Как показано в диаграмме 16, в штабелированной BI структуре SPAD, массив пиксела SPAD совершенно открыт для света случая, и все транзисторы пиксела снабжены на нижнем обломоке. Металл похоронил помощь FTI для того чтобы подавить помеху со смежными пикселами. Пикселы тангажа SPAD 10-µm отличают слоем кремния 7-µm-thick для того чтобы улучшить чувствительность близко-ультракрасных измерений спектроскопии (NIR) и достигнуть высокое PDEs сверх 31,4% и 14,2% на 850 nm и 940 nm, соответственно.

Диаграмма 16. Структура прибора SPAD. (a) FI SPAD. (b) BI-штабелировал SPAD.
В 2021, 189 датчик врем--полета × 600 SPAD сразу (ToF) используя BI-штабелированное SPAD сообщен для автомобильных систем LiDAR. Все цепи пиксела первоначальные снабжены в основном обломоке под массивом SPAD, как показано в диаграмме 17. В системе LiDAR, когда отраженный ИМП ульс лазера получен, SPAD производит ИМП ульс пуска с временем вхолостую 6 ns и передает его врем-к-цифровому конвертеру (TDC). Верхние и нижние обломоки используют 90 nm SPAD и 40 процессов nm CMOS с 10 медными слоями, соответственно. Должный к штабелированной структуре, датчик включает цепь обнаружения совпадения, TDC и процессор цифрового сигнала (DSP) как строительные блоки для воспринимать глубины. Сразу датчик ToF показывает точность расстояния 30 см над расширенным диапазоном до 200 m, позволяющ он обнаружить объекты с отражательной способностью 95% в солнечном свете на люксе 117k.

Диаграмма 17. BI штабелировал SPAD со сразу датчиком глубины ToF.
BI штабелировал структуру SPAD прорыв в основанном на SPAD воображении и глубине воспринимая с улучшенными свойствами. Структура стога BI улучшает эффективность суммы и отделяет SPADs и цепи в оптимальные слои кремния сравненные к обычным пикселам которые устанавливают цепи рядом с каждым SPAD. Поэтому, штабелированная вставка преодолевает традиционные ограничения датчиков SPAD и соответствующая для более широкого диапозона применения.
Воспринимать B. Времени Сравнивать
Основанные на случае датчики зрения (EVS) обнаруживают контраст одно-пиксела височный над заранее поставленными относительными порогами для того чтобы отслеживать височное развитие относительных светлых изменений и определять пункты забора для frameless на уровне пиксел измерений абсолютной яркости. В виду того что EVS сперва было сообщено в 2006, много применений используя EVS были предложены, как высокоскоростное и маломощное компьютерное зрение должное к височной точности зафиксированных данных, своиственному подавлению височного дублирования водя к уменьшенным ценам постпроцессирования и широкому диапазону в-сценариев. Деятельность DR. Хотя размер пиксела был уменьшен к тангажу 9 µm в 2019 через структуры BI, EVS страдает от большого размера пиксела и часто небольшого разрешения должных к обширной на уровне пиксел обработке аналогового сигнала. Поэтому, EVSs особенно извлекает пользу из выдвижений в штабелированные структуры прибора с соединениями Cu-Cu пиксел-масштаба.
тангаж 1280 пиксела × 720 4.86-µm BI-штабелировал EVS был сообщен в 2020. На диаграмму 18 показано блок-схему пиксела функции обнаружения контраста (CD) и схематической диаграммы блоков логики интерфейса и государства отсчета в-пиксела асинхронных. Photocurrent преобразовано к сигналу напряжения тока, Vlog, и изменение контраста получено асинхронной модуляцией перепада (ADM) обнаружило используя компаратор уровн-скрещивания. BI-штабелированное EVS в диаграмме 19 (a) достигает на уровне строка фиксаций времени 1-µs, максимального тарифа события 1,066 миллиарда событий в секунду (eps), и трубопровода формата данных 35 nW/pixel и 137 pJ/event для высокоскоростных, маломощных применений компьютерного зрения. На диаграмму 19 (b) показано деятельность датчика для некоторых применений примера. Люкс записей сцены движения около 1 демонстрирует чувствительность контраста низко-света. Высокая височная точность от пикселов низко-латентности и высокоскоростная деятельность отсчета позволяют датчику расшифровать врем-зашифрованные составленные светлые картины в глубине 3D воспринимая применения. Показано что на диаграмму 20 тенденция пиксела сооружает внутри EVS. Должный к штабелированной технологии прибора, размер пиксела EVS теперь под тангажом 5 µm в практически случаи пользы megapixels.

Диаграмма 18. Блок-схема пиксела EVS

Диаграмма 19. BI-штабелированное EVS и свой пример применения. () микрорисунок обломока. примеры применения (b).

Воображение света C. Невидим
Штабелированная технология прибора также облегчает невидимое светлое воображение используя фотодетекторы не-кремния в гибридной интеграции. Примеры фотодетекторов не-кремния с гибридной интеграцией включают фотодетекторы InGaAs, фотодетекторы Ge-на-Si, и органические фоторезистивные фильмы. В этом разделе, суммированы недавние результаты датчиков InGaAs используя выпуск облигаций Cu-Cu гибридный.
Требование для отображать в ряде короткой волны ультракрасном (SWIR) (т.е. длинах волны между 1000 и 2000 nm) увеличивало для применений промышленных, научных, медицинских и безопасности. Приборы InGaAs были использованы в датчиках SWIR потому что их свойства абсорбции в ряде SWIR не могут быть предусматриваны основанными на кремни приборами. В обычных датчиках InGaAs, каждый пиксел массива фотодиода (PDA) соединен с интегральной схемаой отсчета (ROIC) через гибрид сальто-обломока используя рему. Эта структура типично осложняет изготовление массивов пиксела мелкого шага должных к ограниченной масштабируемости рему. В 2019, датчик изображения InGaAs был введен в котором по каждому пиксел 5-µm PDA был подключен с ROIC используя выпуск облигаций Cu-Cu. Гетероструктуры InGaAs/InP эпитаксиально вырослись на небольших имеющихся на рынке субстратах InP с диаметрами более менее чем 4. как показано в диаграмме 21, эпитаксиальные вафли InGaAs/InP diced в обломоки и возвращены к большим кремниевым пластинам используя процесс плашк-к-кремния III-V. После изготовления пусковых площадок Cu, heterowafer III-V/Si использует выпуск облигаций Cu-Cu для того чтобы соединить каждый пиксел III-V с ROIC со смешиванием ROIC. На диаграмму 22 показано тенденцию тангажа контакта для рему сальто-обломока и выпуск облигаций Cu-Cu для датчиков InGaAs. гибрид используя рему, традиционный метод Сальто-обломока изготовлять датчики InGaAs, не соответствующий для масштабирования вниз с тангажа пиксела должного для того чтобы сужать допустимые пределы процесса и плохую повторимость. Однако, гибридизация Cu-Cu была использована для массового производства датчиков изображения CMOS с высокими выходами с 2016 и ключевая технология для масштабирования соединений к датчикам InGaAs. На диаграмму 22 также показано пример применения включая осмотр и контроль состояния безопасности в туманный сценарий. Таким образом, датчики изображения InGaAs включают воображение HD SWIR через на уровне пиксел соединения Cu-Cu.

Диаграмма 21. Маршрутная схема производства потока процесса для изготовления датчика изображения InGaAs.

Диаграмма 22. тенденции тангажа контакта рему Сальто-обломока и примеры применения для выпуска облигаций Cu-Cu и датчиков InGaAs.
Датчики V. Умн Зрения
Требование для продуктов камеры с возмоностями обработки AI растет в интернете рынка вещей (IoT), розничных, умных городов, и подобных применений. Мощность обработки AI на таких приборах края может обратиться к некоторым из вопросов связанных с чистыми компьютерными системами облака, как латентность, связи облака, цены обработки, и заботы уединения. Рыночные спросы для умных камер с возмоностями обработки AI включают небольшие размер, низкую цену, потребление низкой мощности, и легкость установки. Однако, обычные датчики изображения CMOS только вывели наружу первоначальные данные захваченного изображения. Поэтому, начиная умную камеру с возмоностями обработки AI, необходимо использовать ICs которые включают процессор сигнала изображения (ISP), convolutional нервную систему (CNN) обрабатывая, ДРАХМУ, и другие возможности.
Штабелированный датчик изображения CMOS состоя из megapixels 12,3 и DSP предназначенного к вычислению CNN был сообщен в 2021. Как показано в диаграмме 23, датчик содержит комплексное решение проблемы с полной передачей захвата изображения к процессору подразумеваемого CNN и может быть обработан на 120 fps, включая захват изображения используя 4,97 TOPS/W DSP и обработку CNN на-обломока. Блок обработки имеет ISP для препроцессирования входного сигнала CNN, подсистемы DSP оптимизированной для CNN обрабатывая, и 8-MB L2 SRAM для хранить весы CNN и память продолжительная по времени. На диаграмму 24 показано некоторые примеры результатов подразумеваемого CNN использующ MobileNet v1. Подсистема DSP продемонстрировала подобные результаты подразумеваемого к TensorFlow. Умные датчики зрения могут побежать полный процесс подразумеваемого CNN на датчике, и могут вывести наружу захваченные изображения в результаты первоначальных данных и подразумеваемого CNN в такой же рамке через интерфейс MIPI. Датчик также поддерживает выход результатов подразумеваемого CNN только от интерфейса SPI для того чтобы включить небольшие камеры и уменьшить расход энергии и цену системы. Процессор подразумеваемого CNN на датчике позволяет потребителям запрограммировать их модели AI фаворита во врезанную память и перепрограммировать их согласно требованиям или условиям где система использована. Например, при установке на вход объекта, его можно использовать для того чтобы сосчитать число посетителей входя в объект; при установке на витрину магазина, его можно использовать для того чтобы обнаружить из ситуаций запаса; при установке на потолок, его можно использовать для жары составляя карту посетители магазина. Ожидано, что обеспечивают умные датчики зрения недорогие системы AI края для различных применений используя гибкие модели AI.

Эта бумага рассматривает недавние достижения в архитектурах датчика изображения со штабелированными структурами прибора. Штабелированная структура прибора значительно улучшает представление датчика изображения, особенно на высоких частотах кадров и высокие разрешения пиксела, через сильно параллельные ADCs снабженные используя пикселы датчика и цепь CMOS оптимизировали технологический прочесс. В недавней работе, несколько предложений были сделаны, с некоторыми результатами, используя пиксел-параллельные штабелируя цепи и/или более умные устройства обработки данных. Эти новые проблемы требуют более высокой масштабируемости, больше оптимизирования технологического прочесса для каждой функции, и более высокой эффективности зоны. Фотодетекторы, цепи пиксела первоначальные, сетноой-аналогов смешанн-сигнал и цифровые процессоры, и памяти можно интегрировать более эффективно, как показано в диаграмме 25, и будущие архитектуры датчика изображения приобретут дальнейшее развитие для того чтобы расширить возможности через прибор штабелируя методы.