趣策略未来的传感器技术，三星最新分享

（原标题：未来的传感器技术，三星最新分享）

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来源：内容编译自samsung。

移动图像传感器的演进最终与像素技术的进步息息相关。市场对更小、更薄的设备提供高质量图像的需求日益严峻，“精细像素”技术已成为移动图像传感器行业的核心任务。

在这一趋势下，三星系统 LSI 凭借其在小像素图像传感器领域的经验，持续推进技术进步。近期发布的移动图像传感器 ISOCELL JNP 是业界首款应用纳米棱镜技术的传感器，突破了像素物理极限。

让我们来探索一下 Nanoprism（第一项将 Meta-Photonics 应用于图像传感器的技术）是如何诞生的，以及它是如何在 ISOCELL JNP 中实现的。

像素更小，光线更充足

图像传感器的灵敏度是实现清晰生动图像的关键因素。像素技术不断发展，力求捕捉尽可能多的光线。例如，从正面照明 (FSI) 发展到背面照明 (BSI)，以及深沟槽隔离 (DTI) 等各种技术。

特别是，为了在不增加智能手机相机模块尺寸的情况下实现高分辨率图像，技术已朝着像素越来越小的方向发展。然而，这逐渐降低了单位像素的灵敏度，并因像素间的串扰而导致图像质量下降。结果，在低光环境下，图像质量急剧下降的问题难以避免。

为了解决这个问题，三星引入了前深沟槽隔离 (FDTI) 结构，在像素之间创建物理屏障，并开发了ISOCELL 2.0，甚至隔离了像素顶部的彩色滤光片。此外，三星还考虑创新像素本身的光学结构，甚至可以利用现有结构无法接收的周边光线。纳米棱镜正是基于这种考虑而诞生的。

纳米棱镜：折射光线以收集更多光线

纳米棱镜是一项新技术，于2017年首次提出，基于三星先进技术研究院（SAIT）多年积累的超光子学（Meta-Photonics）光源技术。与当时活跃于超光子学研究领域、旨在最小化光色散的超透镜研究不同，纳米棱镜采用了最大化色散的反向思路来分离颜色。纳米棱镜是一种基于超表面的棱镜结构，可以进行颜色分离。

那么，与现有的像素结构相比，它有什么变化呢？在现有的基于微透镜的光学系统中，微透镜和像素的彩色滤光片以1:1的比例匹配，因此像素只能接收与每个像素的彩色滤光片对应颜色的光。换句话说，存在一个物理限制，即只能接收与定义像素大小相同的光。

然而，纳米棱镜通过在微透镜位置放置纳米级结构，设置了优化的光路，从而可以将光线引导至每个颜色匹配的像素。简而言之，每个像素接收的光量增加了，因为由于颜色不匹配而损失的光可以通过光的折射和散射发送到相邻的像素。纳米棱镜使像素能够接收比现有微透镜结构更多的光，并且有可能改善由于像素较小而导致的灵敏度降低问题。

纳米棱镜在图像传感器中的应用

将Meta-Photonics技术应用于图像传感器的商业化是一项极具挑战性的任务。确保客户的可靠性和技术的完备性至关重要。为了使产品能够正常运转，不仅需要实现纳米棱镜的结构，还必须满足数十项指标。

三星相关团队紧密合作，重复设计-过程-测量循环，从初始设计阶段就考虑和反映各种情况并建立可靠的验证程序，尽最大努力确保性能。

从纳米棱镜（Nanoprism）的名称就可以看出，从工艺开发到量产都异常艰难，因为必须在像素中实现精确复杂的纳米（nm）结构。为了将这项新技术付诸实践，引入了特殊的技术和方法，包括用于纳米棱镜实现的CMP（化学机械抛光）和低温工艺，以及用于图像传感器生产的TDMS（热解吸质谱法）。

ISOCELL JNP 实现更明亮、更清晰的图像

配备纳米棱镜的 ISOCELL JNP 已于今年量产，并被应用于近期推出的智能手机中，进一步提升了用户体验。由于能够无损接收更多光线，因此即使在光线条件不佳的情况下也能拍摄出明亮清晰的照片。事实上，与规格相同的上一代 ISOCELL JN5 相比，配备纳米棱镜的 ISOCELL JNP 的感光度提高了 25%。

当然，增加图像传感器的尺寸可以提升相机的整体性能，但在移动设备领域，由于“摄像头凸起”等设计限制，无限增加图像传感器的尺寸是有限的。三星系统 LSI 尝试利用纳米棱镜技术突破这一限制。即使在像素越来越小的情况下，这项技术也提高了每个像素的灵敏度和色彩还原，并应用于 ISOCELL JNP。

移动市场对高分辨率图像的需求将持续增长。因此，像素小型化的趋势将持续下去。即使像素变得更小，也需要开发像素技术来确保高灵敏度、量子效率和降噪。纳米棱镜技术就是其中一项提高灵敏度的技术，三星的目标是朝着超越现有物理限制的方向进一步创新。

在此次合作的基础上，持续的跨职能、跨团队努力旨在探索下一代图像传感器技术的新方向。

https://semiconductor.samsung.com/news-events/tech-blog/nanoprism-optical-innovation-in-the-era-of-pixel-miniaturization/

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