量子薄膜傳感器

量子薄膜是一新型傳感器技術,有望1年內在手機上使用,轉一篇相關採訪供大家了解:

 

當下手機以及其他消費電子產品在外形和硬件配置日益同質化的情況下,拍照性能成為各大廠商比拼的關鍵要素,所以各大廠商競相追逐SONY最先進的傳感器,導致市場供貨緊張,在大家都在關注CMOS傳感器缺貨的時刻,攝像頭領域又出現了一個堪稱黑科技的技術-量子薄膜(QuantumFilm),由InVisage(量宏科技)公司研發生產,6月10日剛剛在台灣新竹舉行了工廠開幕儀式,工廠名為QFAB3,擁有全球首個5nm製程生產線。52RD也受邀到現場參觀InVisage的工廠以及專訪InVisage的CEO  Jess Lee先生。

 

  Jess Lee於2007年3月加入InVisage ,之前他曾擔任Omnivision公司副總裁

  52RD:QuantumFilm圖像傳感器比CMOS圖像傳感器的優勢在哪裡?具體技術原因是什麼?

Jess:因為CMOS採用的吸光材質是硅,而硅最初是用來導電而不是吸光的,所以吸光的能力還不能達到最好,所以我們最終的解決方案就是採用更好的吸光材質:量子薄膜,量子薄膜傳感器拍出的照片效果更好。技術上的原因就是因為CMOS的工藝只能負載4000個電子,當4000個電子全部裝滿的時候就會出現白色,但是量子薄膜的每個Pixel可以負載12000個電子,也就是說量子薄膜會使得相機的分辨率及清晰度更高。

相比CMOS,量子薄膜還有一個很大的優勢,就是非常薄。Jess透露,量子薄膜傳感器模組可以做到4mm,而CMOS傳感器模組最小也只能做到4.8mm,雖然只是0.8mm的差距,但是應用到手機攝像頭和穿戴式設備上,將會是很大的改變,也許你的下一代iPhone攝像頭不會再突出了。

52RD:參觀工廠的時候聽說你們是從去年12月份才開始籌備,而且很多設備都是定製化的,為什麼你們可以這麼快的把工廠產線調試完畢?

Jess:我們很感謝各個領域的合作夥伴的支持,而且我們拿到工廠所在園區的執照也是比任何一家都快。另外還沒有找到建廠的地方的時候,我們就已經開始進行設備的研發設計。此次在台灣新建的工廠雖然不大,但是這個工廠的產能可以支持10%的市場。生產流程一般是台積電先把晶圓做好,然後我們再把量子薄膜鋪上去,接着給合作夥伴去進行測試、繼而做成模組。這樣的過程和傳統CMOS是一樣的,僅僅是增加了覆蓋量子薄膜這一步,因此量子薄膜傳感器可以將相機的性能提高5倍。

52RD:很多手機圈業內的工程師得知量宏科技的工廠開幕式時,都非常關心QuantumFilm正式大批量量產的時間是什麼時候?量產可行性多高?現在的產線已經生產了多少數量?

Jess:InVisage已經獲得了兩大頂級相機公司的合同,而且已收到總數1000萬美金的首期開發費用,QFab3也即將投產。有一些客戶已經關注我們很多年了,也非常希望能夠儘快使用我們的產品,但是我們堅持品質至上,一直研發了這麼多年,所以首推出來的產品的可行性、可靠性都無可挑剔。目前我們只是生產了小數量的wafer,爬坡量產將在今年後半年,而且TSMC已經開始在為InVisage計劃明年全年的產能。

52RD:還有一個大家比較關注的問題,客戶什麼時候能拿到樣品來進行試用?

Jess:事實上我們的第一批樣品已經提供給了一些重要的客戶,他們已經做了測試並給了非常正面的反饋,今年後半年我們將會有更多的樣品提供給更多的客戶。過段時間,我們將在上海舉辦正式的產品發布會,產品正式發布之後我們將為大陸客戶提供樣品,應該是7、8月份,大家可以期待一下。

52RD:從QuantumFilm的產品介紹發現,QuantumFilm可以應用到很多領域、比如手機攝像頭、高端相機、安防攝像機等,請問你們最開始要進入哪一領域?

Jess:因為智能手機的快速發展,拍照手機已經無處不在,尤其是中國手機品牌,已經佔據全球份額的38%,全球智能手機前10名中有5名來自中國,400+智能手機製造商在中國,因此InVisage的重點會放在手機相機,這是一個非常大的市場和機遇。預期搭載量子薄膜技術的智能手機會在1年內上市。

52RD:今天在參觀工廠的時候,我注意到索尼的人也有過來,而且還提了很多問題,請問你們以後跟其他的sensor廠商會保持競爭關係還是合作關係?

Jess:其實我們的QuantumFilm技術對很多市場都有很大的影響,而且我們是唯一一家擁有這個技術的公司,但是因為我們只專註於sensor這個市場,所以說我們之前也沒有競爭對手或者合作夥伴,但是去年我們對兩家公司伸出了橄欖枝,Sony就是其中一家,他們對量子薄膜技術非常感興趣。

52RD:如果和其他傳感器廠商合作,量子薄膜是由傳感器廠商是自己加進去還是你們幫他們加進去?

Jess:量子薄膜的鋪設工序由我們的工廠幫他們做,因為這涉及到一些機密技術,只有我們的工廠才能夠完成,所以我們可以掌控整個工序,沒有我們的授權其他人是不能夠生產這個wafer的。

52RD:所以說不僅是TSMC可以為你們提供貼量子薄膜的部分,其他CMOS Sensor廠商也可以和你們合作?

Jess:關於這個問題,比較敏感,可能有的CMOS sensor廠商可以合作,可能有些不能合作,這個需要具體判斷,後續我們會給出更多的答案

52RD:量子薄膜的功耗(power consumption) 和CMOS比怎麼樣?

Jess:和CMOS是一樣的。因為量子sensor和CMOS sensor的架構是一樣的,唯一不同的是中間那一層量子薄膜(見下圖),而量子薄膜所能消耗的功率是非常低的。

 

52RD:你們的sensor已經準備好了,那麼和模組廠的合作定下來了嗎?如果模組廠商拿到你們的sensor,需要多久可以做成模組?

Jess:我們已經有了非常多的合作夥伴,今天來的嘉賓中有一個是模組廠,正是我們重要的合作夥伴,而且跟大陸的很多模組廠我們也有很親密的合作關係。至於周期時長,我們在研發這個技術的時候,就已經考慮了這個問題,在模組廠拿到我們的sensor後,兩周時間就可以做成模組,這和其他的sensor是一樣的。

根據專訪和Invisage公司現場的宣傳視頻,我們總結出QuantumFilm擁有以下三大技術優勢,這些新技術將會極大改善目前攝像頭所遇到的亟待解決的問題。

 一、吸光能力是硅的8倍,吸光材料更薄,減少串擾

現有主流CMOS傳感器的感光器件是Photo Diode(感光二極管),感光二極管的工作原理是利用特殊摻雜的硅,讓照射進來的光子激發出電子空穴對,然後利用傳輸門TX讀出,工作原理是很簡單的,而硅材料的感光能力卻非常弱。QuantumFilm最大的革新就是解決了CMOS傳感器感光度低這個痛點

 

如上圖所示,橙色代表QuantumFilm的吸光能力,灰色是硅的吸光能力,可以看到兩者的差距極大。吸光能力提升的最大好處就是可以提高攝像頭的動態範圍,動態範圍代表了手機究竟可以拍出多亮的白色和多暗的黑色,最好的體現就是夜間和強光下拍攝的質量。而低照度性能一直是CMOS傳感器的最大弱點,也是手機無法在夜景出片的一個主要原因。

另外QuantumFilm在非可見光的光譜範圍內的光靈敏度也非常高,如果有紅外線補光,可以利用這個特性來用QuantumFilm傳感器開發手勢識別等應用。

 二、量子薄膜傳感器模組比CMOS傳感器模組尺寸更小

可以說目前手機等移動設備為了追求美感,都會把機器設計的越來越薄,而影響厚度最大的瓶頸就是攝像頭模組的高度。即使是極度追求外觀極致的蘋果公司,在iPhone 6上也不得不將攝像頭突出。攝像頭模組主要受傳感器尺寸、鏡片TTL值,馬達高度這三個因素影像,目前來看如果鏡片TTL值太低,也會產生畸變,中心和四周解像力達不到要求等。同樣,馬達也同樣重要,目前VCM馬達的厚度已經基本做到了極限,如果再往下走,就會很大的影響成像質量。

QuantumFilm的生產工藝可以輕易地實現5nm,也就是說結合自身的高吸光特性,QuantumFilm的Pixel Size可以做到更小,也就是說相同性能下量子薄膜傳感器相比CMOS圖像傳感器擁有尺寸和高度雙重優勢,這樣對於很多體積有限的IOT設備,都有了集成攝像頭的可能性,這也是InVisage公司認為量子薄膜圖像傳感器未來的市場容量是現有CMOS圖像傳感器的十倍的原因。

 

QuantumFilm的吸收層比傳統BSI的CMOS傳感器的硅厚度低0.8mm。手機機攝像頭模組現在每降低0.1mm都要面臨驚人的難度,而採用QuantumFilm卻可以使模組厚度降低0.8mm,這是多麼大的一個進步!

 三、全局快門

 

目前的CMOS傳感器技術都是採用Rolling shutter(捲簾快門)方式,通過Sensor逐行曝光的方式實現的,在曝光開始的時候,Sensor逐行掃描逐行進行曝光,直至所有像素點都被曝光。每列像素曝光有先後順序,不可能在同一時間點完成所有像素曝光。對於CMOS傳感器,Rolling shutter可以達到更高的幀速,但當曝光不當或物體移動較快時,會出現部分曝光(partial exposure)、斜坡圖形(skew)、晃動(wobble) 等現象。

 

而QuantumFilm可以整體斷電,所以可以輕易的實現global shutter(全局快門),全局快門可以更容易的拍攝動態目標,使畫面保持穩定,而且也會很好的處理閃光燈和曝光匹配的問題。

QuantumFilm這三大技術優勢可以說都是目前CMOS圖像傳感器的痛點,我們將持續關注QuantumFilm圖像傳感器量產後的表現,如真能順利量產並實現這些技術優勢,那會為消費電子行業帶來一場新的技術革命。

 最後附上傳統技術(硅)與QuantumFilm的技術對比圖:

 

via:我愛研發

David

早年毒德大學輟學,創辦入魔。喜搞機,喜偷拍,知名鍵盤攝影師。被授予眾多榮譽頭銜:佳粉,鐵絲,索托... .

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41 Responses to 量子薄膜傳感器

  1. 大法遇到對手了

  2. 等到全幅底出來要多久?

  3. 看上去前途無限啊~

  4. 等產品出來後再看評測吧

  5. 感覺用來做X3從續航到高感都有解決方案了啊

  6. 看着分分鐘解決大法?

  7. “但是去年我們對兩家公司伸出了橄欖枝,Sony就是其中一家,他們對量子薄膜技術非常感興趣。””可能有的CMOS sensor廠商可以合作,可能有些不能合作”話說彎彎真是國人的驕傲啊!(對比某些有機難產的畫餅廠商,高下立判)

  8. SONY眼光尖利,從不據你於傳統,發現未來必然跟上,既然他們是合作夥伴,那麼A7000是實驗量子薄膜傳感器的可能性有多大?

  9. 台灣本來就有些微電路和芯片上的優勢。富士之前提的有機傳感器也是想替換硅,但最近沒音信了。硅太噁心,幾年前的CCD機器那個通透感啊。

  10. 全局電子快門也是個好東西,以後反光板機械快門都可以省了,輕便小巧。

  11. sar那邊說索尼正在和他們合作製造堆棧式量子膜傳感器,預計明年上市

  12. 動態範圍那張,好像就是壓暗了嗎。

  13. 然而索尼彩電的Triluminos也是基於量子薄膜的技術,這兩個玩意到底有啥不同?畢竟索尼玩這玩意已經兩年多了

  14. 於是可以等大法明年新刷的機身了?

  15. 合作相機廠家裡面,應該有佳能,解決佳能底寬容度的痛點。

  16. chalcogenide,二六族半導體化代替硅,類似量子點那種東西吧。paper是多的不能再多了,但工業應用一直沒什麼進展。畢竟硅實在是太便宜,太方便了。就看看這家能做到什麼地步了。

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