5分钟搞懂背照堆栈式传感器到底好在哪
各大相机厂商最新推出的相机一大卖点都是背照堆栈式传感器
说这类传感器如何如何好
那么什么是背照堆栈式传感器
他比以前的传感器好在哪里呢？
今天老骚就跟大家说道说道~~
一般来说呀，传感器的结构一共分为五层：透镜层，滤色片层，电路排线层，感光层和基板层。
具体的前照式结构和背照式结构的不同如下图所示
前照式和背照式的主要区别在于电路层的位置，前照式在感光层之上，背照式在感光层之下
这样一个小小的顺序变化带来的结果如下图
前照式传感器光线需要穿过电路层才能到达感光层，所以因为电路层的遮挡，实际到达感光层的光线只有70%甚至更少
而且电路层因为是金属，所以还会有各种反光和杂光对感光层进行干扰。
相反，背照式传感器因为电路层在感光层下方，所以光线直接可以照到感光层上，没有电路层的遮挡和干扰，极大的提高了传感器的效率
最为明显的改变就是低照度下的成像质量会提高很多。
这么简单的改进，为什么不早点做呢？
实际上，这样小的改动，就要求受光层的基板要非常薄，大概是传统传感器基板的百分之一，对生产制造工艺要求非常高，所以近几年才开始出现背照式传感器。
那什么是非堆栈和堆栈式传感器呢？
非堆栈式传感器的示意图
传统的传感器制造是把像素区和电路去蚀刻在一块晶圆上，但在蚀刻时，会有一个问题，对于像素区域的制造工艺，是可以使用65nm的制程的
但对于处理电路的区域，65nm的制程是不够的，如果能用45nm的制程制造，那么在处理电路上的晶体管数量就能翻倍，这样，图像从像素处理出来的速度就更快，画质就能更好。
但因为在同一片硅片上进行蚀刻，没法使用两个制程来制造。
那如果将这两个区域分开，像素区域放在一个硅片上，用65nm制程制造；
处理电路放在另一个硅片上，用45nm制程制造；
再将它们堆叠拼起来，那这个矛盾就解决了。
这就是堆栈式传感器。
堆栈式传感器示意图
有了堆栈式的结构，我们能在处理电路得到更多的晶体管，拥有更快的速度。
因此，原来不容易实现的HDR、升格等，现在变得很常见。
读出速度也变得更快，因此果冻效应更小。
而且，由于将像素区域和处理电路区域堆叠，像素区域能做得更大。
说白了，非堆栈式传感器电路和感光件是绑在一起的，吃大锅饭，效率不高，堆栈式将他们分开，各司其职，获得了更大的效率。
那么背照+堆栈式=背照堆栈式传感器 ，这类传感器既拥有更好的图像质量，又拥有更高的工作效率，带来的就是现今数码相机性能的突飞猛进。
这下大家知道了吧。
看没看懂都希望在评论区看到你哟~
CCD？CMOS？背照式？堆栈式？图像传感器结构小科普
前一阵佳能推出了搭载佳能首款自主研发的背照堆栈式CMOS图像传感器的速度旗舰EOS R3，但有不少朋友表示堆栈式CMOS不是早就有了么。我相信很多人对于相机的图像传感器相关知识是一知半解的，今天就来和大家一起科普一下有关于图像传感器结构的一些知识。
CCD还是CMOS？
在数码单反刚开始发展的早期，曾经有过一次“路线之争”，就是选择CCD图像传感器还是CMOS图像传感器。首先，无论是哪种图像传感器，原理都是将外界射入的光信号转换为电信号，电信号由ADC数模转换器将模拟信号转换为数字信号，再由ISP图像处理器对接收到的数字信号进行处理，最终输出为一幅图像。
CCD的全称是ChargeCoupled Device，电荷耦合器件图像传感器，于1969年由美国贝尔实验室发明。CMOS的全称是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补式金属氧化物半导体图像传感器，是一种集成电路的设计工艺，用户非常广泛。相对而言，CCD在初期具备分辨率高，灵敏度好，全域快门的特点，而CMOS则具备集成度高，功耗低，成本低的特点。与CCD产品相比，CMOS是标准工艺制程，可利用现有的半导体设备，不需额外的投资设备，且品质可随著半导体技术的提升而进步。随着工艺水平的提高，CMOS图像传感器迅速解决了分辨率和灵敏度的劣势，并且在大尺寸元件上的价格优势和视频录制方面的优势更加的明显，直接导致了CMOS的全面胜出。
目前CCD图像传感器大多出现在一些对特殊领域性能要求特别高，同时对成本很无所谓的领域中还有应用。比如天文摄影会用到冷冻CCD，医疗X光影像以及一些需要长时间曝光的科学应用上。而那些在社交平台上吹嘘的十几年前的二手CCD照相机，一般都已经属于“工业废品”级别，同样的价格可以购买同年代的全画幅单反相机了，强烈不值得入手。
在单反数码化的初期，各家都有尝试过使用CCD来作为图像传感器，但在2002年，佳能和柯达就先后发布了使用CMOS图像传感器的全画幅单反相机，此后佳能也再也没有使用CCD作为单反的图像传感器，专心致志的走CMOS路线。
当然也不是所有厂商都选择了CCD或者CMOS，适马就选择了FOVEON X3的传感器。2002年适马推出了世界上第一台搭载FOVEON X3传感器的数码单反相机SD 9，直到今天也只有适马还有FOVEON X3传感器的相机有售。
虽然在2003年索尼还没有涉足相机市场，但2003年宾得发布的自家第一款数码单反相机*ist D就是使用的索尼生产的631万像素CCD。2017年，索尼正式停止研发CCD图像传感器，同时索尼的最后一款CCD单反相机也要追溯到2010年的索尼a390。
背照式？堆栈式？都是什么？
如果说CCD与CMOS之争是线路之争，那么背照式CMOS和堆栈式CMOS就是CMOS图像传感器的进化之路。
上面我们提到了CMOS具备集成度高的特点，所以电影摄影机领域就有不少顶级厂商选择将ADC数模转换器集成到CMOS中，以提高峰值输出性能并得到了不错的成绩。索尼在2007年推出了Exmor CMOS，在小尺寸传感器上实现了集成ADC这一特性，2008年索尼推出了著名的IMX028，就是索尼a900、尼康D3X上用的那款。从这时候起，索尼CMOS的性能逐步与外置ADC的佳能CMOS拉开了明显的差距。
2008年，索尼继续高歌猛进，推出了BSI背照式CMOS，索尼将之称为Exmor R。在前照式CMOS时代中，Bayer阵列滤镜与光电二极管间存在大量金属连线，阻隔了大量进入传感器表面的光线。在背照式CMOS结构下，金属连线转移到光电二极管的背面，光线不再被阻挡，信噪比大幅度提高，而且可以采用更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。第一个吃到背照式CMOS红利的并不是相机类产品，而是苹果的IPHONE 4S，随后1英寸卡片机领域开始大规模使用，就连能够自产CMOS传感器的佳能和松下都采用索尼的背照式CMOS。
在背照式CMOS之后到来的工艺升级是铜互连工艺，与之前的铝互连工艺比，电阻降低了40%，芯片运行速度提升了15%，尺寸还更小，同时为芯片增加互连层数提供了可能性。也就是说没有铜互连工艺，就不会有后来的堆栈式CMOS。2012年尼康推出的D600上就采用了IMX128传感器，相对于尼康D3X在速度上有了质的提升，这就是铜互连工艺带来的进步。索尼则是从Alpha 7R II上开始宣传这一工艺的升级。
2012年，索尼发布了堆栈式CMOS结构，并命名为Exmor RS。这一结构在背照式CMOS的基础上具备了更多的ADC，并内置了DRAM存储芯片，也就是说CMOS的读取和处理速度更快了。2015年索尼推出了搭载堆栈式CMOS的卡片机RX100 IV，具备24张/秒的超高速连拍性能，之后索尼在RX100 VII上又进一步升级了堆栈式CMOS，具备无黑屏的20张/秒连拍。
用人话讲这几个新工艺分别是，内置ADC提高宽容度，背照式CMOS提高进光量，铜互连工艺和堆栈式CMOS提高读取速度。
那么传感器还有什么升级点呢？
虽然在相机/手机CMOS领域索尼相对于佳能/三星/OV还有不少领先，但和几个高端品牌比如阿莱的供应商ON Semiconductor相比，索尼、佳能等等品牌还有不少功课要补，其中我认为最重要的就是佳能已经成功研发了的双增益成像影像传感器技术。
这项技术需要CMOS中集成双ADC，一个ADC通道读取14bit高增益信号，一个ADC通道读取14bit低增益信号，最后通过处理器进行HDR合成出16bit的高宽容度画面。阿莱在很早之前就实现了这一功能，而佳能则在摄像机C70上搭载了这样的CMOS，目前相机/手机领域还没有这样的产品出现，不过我相信随着时间的推移，慢慢就会有厂商去尝试这一功能点的。
以上就是本期的内容了，看完之后大家是否对传感器有了一定的了解了？
相关问答
背照式和堆栈式 摄像头元件有什么区别? - 肥肥的蛋糕 的回答 ...背照式没堆栈式好为了改善这一种状况,于是背照式传感器就有了它存在的意义了,相比起普通的传感器,搭载背照式传感器的摄像头能够在弱光环境下,提高...
堆栈式 摄像头 和背照式 摄像头有什么区别呢? - 湛蓝世界 的回...堆栈式摄像头的结构与背照式摄像头的区别很多,首先它们的结构是不相同的,并且堆栈式摄像头与背照式摄像头相比较,体积也变小了很多。同时,堆栈式传...
背照式 cmos 和堆栈式 cmos?背照式有点增加进光量,缺点同样焦段会增加焦点到感应器的距离。堆栈式有点同样焦段焦点到感应器距离缩短,不会增加手机厚度背照式有点增加进光量,缺点同样焦...
背照式 cmos和cmos对比?索尼自家生产的背照式CMOS就命名为ExmorRCMOS,这个命名主要是为了提升索尼产品的竞争力。可以说目前的主流产品都是采用本款产品,包括iphone5、三星GalaxyS3、...
背照式 cmos与cmos有什么区别?索尼自家生产的背照式CMOS就命名为ExmorRCMOS,这个命名主要是为了提升索尼产品的竞争力。可以说目前的主流产品都是采用本款产品,包括iphone5、三星GalaxyS3、...
背照式 摄像头是什么意思-ZOL问答一些手机制造厂商在发布旗舰手机时通常会强调该机采用的是一颗背照式摄像头或者是堆栈式摄像头,而那么背照式CMOS传感器正是提升智能手机拍摄实力的最大“功臣”...
摄像头CCD与CMOS那个好，各有什么特点?1、可见光下,两者性能差不太多2、CMOS能大批量买得到,大批量制造成本低于CCD3、CMOS适应性广(HighGain、LongExposure、Video)那么,关注主要几个厂家的...
cmos分为哪两种?CM(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)是一种集成电路技术和逻辑电路家族,它根据工作原理的不同主要分为两种类型:1.静态CMOS:静态CMOS(S...
堆栈式 传感器原理?堆栈式COMS堆栈式CMOS,英文叫做"StackedCMOS",也可译为"积层式CMOS";是CMOS传感器的一种,另一种是背照式CMOS传感器堆栈式C...
手机和单反画质的区别?手机和单反的画质,主要体现在三个方面,一个是镜头,另外是传感器,还有就是处理器。镜头的素质,又可分为解像力和焦距,以及色散、球差、慧差等等,其实...还有...