一文了解传统前照式和背照式还有堆栈式CMOS有什么区别?

传统（前照式）CMOS、

背照式（Back-illuminated）CMOS、

堆叠式（Stacked）CMOS

3.堆栈式CMOS，又称堆叠式或积层式，是一种创新的CMOS结构，它将像素区域与处理电路分离，分别位于晶圆的上下层。这种分离允许像素部分和电路部分独立优化，从而提高了信号处理能力，支持高速连拍、8K视频、HDR等高级功能。

工艺差异

最大最基础的差别就在于其结构。影响最终成像效果不仅仅靠CMOS，还需要考虑镜头以及拍照算法等。其实并不是越先进的结构也一定更好，这得看用了什么工艺（比如180nm沉浸式光刻还是500nm干刻）和技术（比如索尼“Exmor”每列并列独立的模拟CDS+数模转换+数字CDS的标志性的降噪读出回路）。

优异的工艺和技术可以使得即便不使用更新结构的CMOS，同样拥有更好的量子效率、固有热噪声、增益、满阱电荷、宽容度、灵敏度等关键型指标。在相同技术和工艺下，底大一级的确压死人。人类的进步就是在不断发现问题，解决问题。背照式以及堆栈式CMOS的出现，也是为了解决之前CMOS的种种问题。

   简单来说，传统（前照式）CMOS、背照式（Back-illuminated）CMOS、堆叠式（Stacked）CMOS之间，最大最基础的差别就在于其结构。

   影响最终成像效果不仅仅靠CMOS，还需要考虑镜头以及拍照算法等。

   其实并不是越先进的结构也一定更好，这得看用了什么工艺（比如180nm沉浸式光刻还是500nm干刻）和技术（比如索尼“Exmor”每列并列独立的模拟CDS+数模转换+数字CDS的标志性的降噪读出回路）。优异的工艺和技术可以使得即便不使用更新结构的CMOS，同样拥有更好的量子效率、固有热噪声、增益、满阱电荷、宽容度、灵敏度等关键型指标。

   背照式以及堆栈式CMOS的出现，也是为了解决之前CMOS的种种问题。

一、传统（前照式）CMOS与背照式（Back-illuminated）CMOS

传统CMOS真正的名称应该是前照式CMOS:

   一般的CMOS像素都由以下几部分构成：片上透镜（microlenses）、彩色滤光片（On-chip color filters）、金属排线、光电二极管以及基板。

   传统的CMOS是图中左边的“前照式”结构，当光线射入像素，经过了片上透镜和彩色滤光片后，先通过金属排线层，最后光线才被光电二极管接收。

   大家都知道金属是不透光的，而且还会反光。所以，在金属排线这层光线就会被部分阻挡和反射掉，光电二极管吸收的光线能就只有刚进来的时候的70％或更少；而且这反射还有可能串扰旁边的像素，导致颜色失真。（目前中低档的CMOS排线层所用金属是比较廉价的铝（Al），铝对整个可见光波段（380～780nm）基本保持90％左右的反射率。）

   这样一来，“背照式”CMOS就应运而出了，其金属排线层和光电二极管的位置和“前照式”正好颠倒，光线几乎没有阻挡和干扰地就下到光电二极管，光线利用率极高，所以背照式CMOS传感器能更好的利用照射入的光线，在低照度环境下成像质量也就更好了。

二、背照式（Back-illuminated）与堆叠式（Stacked）

   堆叠式CMOS最先出现在索尼推出的移动终端用CMOS上，Exmor RS为其注册商标。

   堆叠式出现的初衷其实不是为了减少整个镜头模组的体积，这个只是其附带好处而已。

   CMOS的制作和CPU的制作类似，需要特殊的光刻机对硅晶圆进行蚀刻，形成像素区域（Pixel Section）和处理回路区域（Circuit Section）。像素区域就是种植像素的地方，而处理回路顾名思义，就是管理这一群像素的电路。

   堆叠式不仅继承了背照式的优点（像素区域依然是背照式），还克服了其在制作上的限制与缺陷。由于处理回路的改善和进步，摄像头也将能提供更多的功能，比如说硬件HDR，慢动作拍摄等等。

总结而言，背照式、前照式和堆栈式CMOS之间的区别主要在于结构和功能。背照式CMOS通过提高光线利用率改善了成像质量，而堆栈式CMOS则通过分离像素区域和处理电路，优化了信号处理能力。这些CMOS类型之间没有从属关系，可以根据具体需求组合使用，以实现性能更优的传感器。记住关键点：背照式CMOS提供更高的灵敏度和更好的画质，而堆栈式CMOS则专注于提高信号处理能力，支持高级图像处理功能。

束语:我们一起学习，阅读其过程中更进一步，

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