Sony’s Semiconductor mới đây đã thông báo với người dùng toàn cầu rằng họ đã phát triển thành công một công nghệ cảm biến hình ảnh CMOS xếp chồng đầu tiên trên thế giới với các pixel bán dẫn hai lớp giúp tăng gấp đôi khả năng thu thập ánh sáng.
Cải thiện dải động và giảm nhiễu
Sony giải thích rằng các cảm biến hình ảnh thông thường sẽ đặt Diode quang (photodiode) và bóng bán dẫn pixel trên cùng một chất nền, nhưng trong thiết kế mới này của Sony, họ có thể tách chúng thành các lớp chất nền khác nhau. Kết quả là một cảm biến tăng khoảng gấp đôi mức tín hiệu bão hòa (saturation signal) – về cơ bản là khả năng thu thập ánh sáng – giúp cải thiện đáng kể dải động và giảm nhiễu.
Chức năng của mức tín hiệu bão hòa không phải là khả năng thu thập ánh sáng của cảm biến nhưng đó là yếu tố kiểm soát chính ảnh hưởng đến mức độ chính xác của cảm biến. Điều này có thể giúp diễn giải thông tin ánh sáng trong môi trường thiếu sáng. Để giải thích một cách cơ bản, kết quả cuối cùng của công nghệ cải tiến này chính là việc có thể tăng gấp đôi khả năng thu thập ánh sáng.
Các mẫu cảm biến CMOS xếp chồng lên nhau điển hình sử dụng cấu trúc chip pixel được tạo thành từ các pixel được chiếu sáng ngược và xếp chồng lên nhau trên chip logic. Cho ai chưa biết thì chip logic là nơi hình thành các mạch xử lý tín hiệu. Trong mỗi chip, các Diode quang chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện và các bóng bán dẫn pixel điều khiển tín hiệu được đặt cạnh nhau trên cùng một lớp.
Thiết kế mới của Sony là một tiến bộ trong công nghệ cảm biến hình ảnh CMOS xếp chồng lên nhau giúp tách các Diode quang và bóng bán dẫn pixel thành các chất nền riêng biệt và xếp chồng chúng lên nhau, thay vì đặt ở cạnh nhau.
Sony cho biết công nghệ xếp chồng mới cho phép tối ưu hóa các lớp Diode quang và bóng bán dẫn pixel, do đó tăng gần gấp đôi mức tín hiệu bão hòa so với các cảm biến hình ảnh thông thường và từ đó mở rộng phạm vi dải động (dynamic range).
“Ngoài ra, vì bóng bán dẫn pixel không phải cổng chuyển (TRG), bao gồm bóng bán dẫn đặt lại (RST), bóng bán dẫn chọn lọc (SEL) và bóng bán dẫn AMP, chiếm một lớp không có diode quang, nên các bóng bán dẫn AMP có thể được tăng kích thước” Sony cho biết. “Bằng cách tăng kích thước bóng bán dẫn AMP, Sony đã thành công trong việc giảm đáng kể phần nhiễu (noise) thường gặp ở những hình ảnh được chụp vào ban đêm và các vị trí tối khác trong ảnh.”
Tăng chất lượng ảnh chụp của cảm biến trên điện thoại thông minh
Kết quả là dải động rộng hơn (phơi sáng tốt hơn) và độ nhiễu thấp hơn khi ảnh được chụp trong điều kiện thiếu sáng. Sony đặc biệt lưu ý rằng công nghệ này sẽ tạo ra hình ảnh chất lượng cao hơn khi chụp ảnh trên điện thoại thông minh. Công nghệ mới sẽ cải thiện các thuộc tính vốn có của cấu trúc pixel, không chỉ ở kích thước pixel hiện tại mà còn ở kích thước pixel nhỏ hơn.
Điều đặc biệt quan trọng nữa của việc cho ra mắt công nghệ mới này chính là dấu hiệu cho thế giới thấy rằng Sony đã tìm ra cách cải thiện rõ rệt chất lượng ảnh chụp của cảm biến trên điện thoại thông minh. Tóm lại, chất lượng chụp ảnh trên thiết bị di động rất có thể sẽ chứng kiến một bước nhảy vọt về hiệu suất nhờ bước đột phá này.
Sony không nói rõ khi nào họ có kế hoạch sản xuất cảm biến trên quy mô lớn dựa trên công nghệ này nhưng họ cho biết sẽ tiếp tục thiết kế thêm để nâng cao hơn nữa chất lượng hình ảnh trong các cảm biến lớn và nhỏ.
Theo Petapixel
