InVisage已经开始生产量子膜传感器,未来或与索尼合作


发布时间:2015-07-21 10:01:00


SAR最新消息称,InVisage公司首席执行官近日在接收专访时称,索尼很可能成为InVisage公司的合作伙伴,并表示已经开始大规模生产量子膜传感器,首批产品将会使用在智能手机领域,因为新技术主要优势在于可以让传感器非常轻薄,拥有更高的动态范围,支持全局快门,并且这种新技术由于性能很出色,未来可能使用于更大的数码相机传感器上。

根据新技术的分析,量子膜堆叠传感器可以获得更多的光线,将是现行CMOS传感器的8倍。传统的硅传感器是由多层感光层组成的,最上层为金属硅。光线必须穿过上层的金属层才可以进行感光,这让光线的损失会非常大。而新量子膜材料则不一样,可以捕捉90%-95%的光线,可以让传感器在低光照条件下可以得到更高的分辨率和画质。量子膜是将电子晶体管直接封装在极薄的一层内,可以直接在最上层进行感光,进而减少光损失。


以下为《我爱研发网》对InVisage CEO的专访详情:

当下手机以及其他消费电子产品在外形和硬件配置日益同质化的情况下,拍照性能成为各大厂商比拼的关键要素,所以各大厂商竞相追逐SONY最先进的传感器,导致市场供货紧张,在大家都在关注CMOS传感器缺货的时刻,摄像头领域又出现了一个堪称黑科技的技术-量子薄膜(QuantumFilm),由InVisage(量宏科技)公司研发生产,6月10日刚刚在台湾新竹举行了工厂开幕仪式,工厂名为QFAB3,拥有全球首个5nm制程生产线。52RD也受邀到现场参观InVisage的工厂以及专访InVisage的CEO  Jess Lee先生。


Jess Lee于2007年3月加入InVisage ,之前他曾担任Omnivision公司副总裁

52RD:QuantumFilm图像传感器比CMOS图像传感器的优势在哪里?具体技术原因是什么?
Jess:因为CMOS采用的吸光材质是硅,而硅最初是用来导电而不是吸光的,所以吸光的能力还不能达到最好,所以我们最终的解决方案就是采用更好的吸光材质:量子薄膜,量子薄膜传感器拍出的照片效果更好。技术上的原因就是因为CMOS的工艺只能负载4000个电子,当4000个电子全部装满的时候就会出现白色,但是量子薄膜的每个Pixel可以负载12000个电子,也就是说量子薄膜会使得相机的分辨率及清晰度更高。
相比CMOS,量子薄膜还有一个很大的优势,就是非常薄。Jess透露,量子薄膜传感器模组可以做到4mm,而CMOS传感器模组最小也只能做到4.8mm,虽然只是0.8mm的差距,但是应用到手机摄像头和穿戴式设备上,将会是很大的改变,也许你的下一代iPhone摄像头不会再突出了。

52RD:参观工厂的时候听说你们是从去年12月份才开始筹备,而且很多设备都是定制化的,为什么你们可以这么快的把工厂产线调试完毕?
Jess:我们很感谢各个领域的合作伙伴的支持,而且我们拿到工厂所在园区的执照也是比任何一家都快。另外还没有找到建厂的地方的时候,我们就已经开始进行设备的研发设计。此次在台湾新建的工厂虽然不大,但是这个工厂的产能可以支持10%的市场。生产流程一般是台积电先把晶圆做好,然后我们再把量子薄膜铺上去,接着给合作伙伴去进行测试、继而做成模组。这样的过程和传统CMOS是一样的,仅仅是增加了覆盖量子薄膜这一步,因此量子薄膜传感器可以将相机的性能提高5倍。

52RD:很多手机圈业内的工程师得知量宏科技的工厂开幕式时,都非常关心QuantumFilm正式大批量量产的时间是什么时候?量产可行性多高?现在的产线已经生产了多少数量?
Jess:InVisage已经获得了两大顶级相机公司的合同,而且已收到总数1000万美金的首期开发费用,QFab3也即将投产。有一些客户已经关注我们很多年了,也非常希望能够尽快使用我们的产品,但是我们坚持品质至上,一直研发了这么多年,所以首推出来的产品的可行性、可靠性都无可挑剔。目前我们只是生产了小数量的wafer,爬坡量产将在今年后半年,而且TSMC已经开始在为InVisage计划明年全年的产能。

52RD:还有一个大家比较关注的问题,客户什么时候能拿到样品来进行试用?
Jess:事实上我们的第一批样品已经提供给了一些重要的客户,他们已经做了测试并给了非常正面的反馈,今年后半年我们将会有更多的样品提供给更多的客户。过段时间,我们将在上海举办正式的产品发布会,产品正式发布之后我们将为大陆客户提供样品,应该是7、8月份,大家可以期待一下。

52RD:从QuantumFilm的产品介绍发现,QuantumFilm可以应用到很多领域、比如手机摄像头、高端相机、安防摄像机等,请问你们最开始要进入哪一领域?
Jess:因为智能手机的快速发展,拍照手机已经无处不在,尤其是中国手机品牌,已经占据全球份额的38%,全球智能手机前10名中有5名来自中国,400+智能手机制造商在中国,因此InVisage的重点会放在手机相机,这是一个非常大的市场和机遇。预期搭载量子薄膜技术的智能手机会在1年内上市。

52RD:今天在参观工厂的时候,我注意到索尼的人也有过来,而且还提了很多问题,请问你们以后跟其他的sensor厂商会保持竞争关系还是合作关系?
Jess:其实我们的QuantumFilm技术对很多市场都有很大的影响,而且我们是唯一一家拥有这个技术的公司,但是因为我们只专注于sensor这个市场,所以说我们之前也没有竞争对手或者合作伙伴,但是去年我们对两家公司伸出了橄榄枝,Sony就是其中一家,他们对量子薄膜技术非常感兴趣。

52RD:如果和其他传感器厂商合作,量子薄膜是由传感器厂商是自己加进去还是你们帮他们加进去?
Jess:量子薄膜的铺设工序由我们的工厂帮他们做,因为这涉及到一些机密技术,只有我们的工厂才能够完成,所以我们可以掌控整个工序,没有我们的授权其他人是不能够生产这个wafer的。

52RD:所以说不仅是TSMC可以为你们提供贴量子薄膜的部分,其他CMOS Sensor厂商也可以和你们合作?
Jess:关于这个问题,比较敏感,可能有的CMOS sensor厂商可以合作,可能有些不能合作,这个需要具体判断,后续我们会给出更多的答案

52RD:量子薄膜的功耗(power consumption) 和CMOS比怎么样?
Jess:和CMOS是一样的。因为量子sensor和CMOS sensor的架构是一样的,唯一不同的是中间那一层量子薄膜(见下图),而量子薄膜所能消耗的功率是非常低的。


52RD:你们的sensor已经准备好了,那么和模组厂的合作定下来了吗?如果模组厂商拿到你们的sensor,需要多久可以做成模组?
Jess:我们已经有了非常多的合作伙伴,今天来的嘉宾中有一个是模组厂,正是我们重要的合作伙伴,而且跟大陆的很多模组厂我们也有很亲密的合作关系。至于周期时长,我们在研发这个技术的时候,就已经考虑了这个问题,在模组厂拿到我们的sensor后,两周时间就可以做成模组,这和其他的sensor是一样的。

根据专访和Invisage公司现场的宣传视频,我们总结出QuantumFilm拥有以下三大技术优势,这些新技术将会极大改善目前摄像头所遇到的亟待解决的问题。

 一、吸光能力是硅的8倍,吸光材料更薄,减少串扰
现有主流CMOS传感器的感光器件是Photo Diode(感光二极管),感光二极管的工作原理是利用特殊掺杂的硅,让照射进来的光子激发出电子空穴对,然后利用传输门TX读出,工作原理是很简单的,而硅材料的感光能力却非常弱。
QuantumFilm最大的革新就是解决了CMOS传感器感光度低这个痛点


如上图所示,橙色代表QuantumFilm的吸光能力,灰色是硅的吸光能力,可以看到两者的差距极大。吸光能力提升的最大好处就是可以提高摄像头的动态范围,动态范围代表了手机究竟可以拍出多亮的白色和多暗的黑色,最好的体现就是夜间和强光下拍摄的质量。而低照度性能一直是CMOS传感器的最大弱点,也是手机无法在夜景出片的一个主要原因。
另外QuantumFilm在非可见光的光谱范围内的光灵敏度也非常高,如果有红外线补光,可以利用这个特性来用QuantumFilm传感器开发手势识别等应用。

 二、量子薄膜传感器模组比CMOS传感器模组尺寸更小
可以说目前手机等移动设备为了追求美感,都会把机器设计的越来越薄,而影响厚度最大的瓶颈就是摄像头模组的高度。即使是极度追求外观极致的苹果公司,在iPhone 6上也不得不将摄像头突出。摄像头模组主要受传感器尺寸、镜片TTL值,马达高度这三个因素影像,目前来看如果镜片TTL值太低,也会产生畸变,中心和四周解像力达不到要求等。同样,马达也同样重要,目前VCM马达的厚度已经基本做到了极限,如果再往下走,就会很大的影响成像质量。
QuantumFilm的生产工艺可以轻易地实现5nm,也就是说结合自身的高吸光特性,QuantumFilm的Pixel Size可以做到更小,也就是说相同性能下量子薄膜传感器相比CMOS图像传感器拥有尺寸和高度双重优势,这样对于很多体积有限的IOT设备,都有了集成摄像头的可能性,这也是InVisage公司认为量子薄膜图像传感器未来的市场容量是现有CMOS图像传感器的十倍的原因。


QuantumFilm的吸收层比传统BSI的CMOS传感器的硅厚度低0.8mm。手机机摄像头模组现在每降低0.1mm都要面临惊人的难度,而采用QuantumFilm却可以使模组厚度降低0.8mm,这是多么大的一个进步!

 三、全局快门


目前的CMOS传感器技术都是采用Rolling shutter(卷帘快门)方式,通过Sensor逐行曝光的方式实现的,在曝光开始的时候,Sensor逐行扫描逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。每列像素曝光有先后顺序,不可能在同一时间点完成所有像素曝光。对于CMOS传感器,Rolling shutter可以达到更高的帧速,但当曝光不当或物体移动较快时,会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。


而QuantumFilm可以整体断电,所以可以轻易的实现global shutter(全局快门),全局快门可以更容易的拍摄动态目标,使画面保持稳定,而且也会很好的处理闪光灯和曝光匹配的问题。
QuantumFilm这三大技术优势可以说都是目前CMOS图像传感器的痛点,我们将持续关注QuantumFilm图像传感器量产后的表现,如真能顺利量产并实现这些技术优势,那会为消费电子行业带来一场新的技术革命。

 最后附上传统技术(硅)与QuantumFilm的技术对比图:


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via: SonyAlphaRumors
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