在索尼YouTube 频道上发布的一段新视频中，索尼半导体解决方案 (SSS) 小组的成员分解了最近于 2021 年 12 月在 IEEE 国际电子设备会议上宣布的新型 2 层晶体管像素堆叠 CMOS 图像传感器 SSS 背后的技术。视频的前半部分侧重于索尼 a1 及其内部使用的堆叠式 CMOS 传感器，视频的后半部分则深入探讨了 SSS 开发的新颖传感器设计，大约从上面视频的 5:45 开始.

正是在这里，SSS 第二研究部成员、目前负责移动产品图像传感器研发的 Keiichi Nakazawa 讨论了传统堆叠 CMOS 传感器中的光电二极管与 SSS 新型 2 层晶体管像素之间的差异. 简而言之，传统 CMOS 图像传感器的光电二极管和像素晶体管占据同一衬底层，而这种新设计将光电二极管和像素晶体管分成两个不同的衬底层。通过拆分层，光电二极管可以更大，从而产生更高的信号饱和水平(也称为全阱容量)，而更大的晶体管会产生更少的噪声。这一结果具有双重优势，既增加了动态范围，又降低了噪声。

从工程和制造的角度来看，2 层晶体管像素设计需要纳米级精度来布置光电二极管和像素晶体管。索尼采用了 3D 顺序集成工艺，而不是完成晶圆的传统键合。形成光电二极管后，将两层粘合在一起，然后使用光电二极管排列在第二层中创建晶体管。正如 Nakazawa 所说，对准精度取决于光刻而不是键合。

该过程包括其自身的挑战，包括堆叠晶圆后生产过程中的热量。传统的 CMOS 传感器生产需要 400°C 左右的耐热性，而新设计需要超过 1,000°C 的更高耐热性。为了解决这个问题，索尼开发了新的键合技术并制造了适合的晶体管。

通过为每个光点分离光电二极管和晶体管像素，索尼的工程师能够分别优化组件，从而提高噪声性能和动态范围。除了图像质量之外，新设计还承诺研发团队正在努力进行的其他改进。

虽然索尼半导体解决方案视频中的新信息有些浅显，但听到一些热心和热情的工程师支持最新、最出色的图像传感器技术总是很有趣。索尼的新型 2 层晶体管像素堆叠图像传感器何时进入消费类产品以及它提供什么样的性能，将是一件令人着迷的事情。和往常一样，我们迫不及待地想看看索尼全画幅 Alpha 相机的下一步发展。