SWIR（short-wavelength infrared：短波紅外）圖像傳感器在各行各業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)中至關(guān)重要。SWIR 光譜是可見光波段以外的一系列紅外光譜，可用于產(chǎn)品檢測(cè)以檢測(cè)人眼不可見的微小缺陷或污染物。索尼最近開發(fā)的 SWIR 圖像傳感器通過部署業(yè)界最小的 5 ?m像素，實(shí)現(xiàn)了更小尺寸和更多像素。該圖像傳感器無與倫比，因?yàn)槠鋭?dòng)態(tài)范圍還涵蓋了可見光光譜。這種獨(dú)一無二的圖像傳感器背后是一個(gè)在開發(fā)過程中前所未有的挑戰(zhàn)故事。如何克服這些挑戰(zhàn)的故事揭示了只有索尼半導(dǎo)體解決方案集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱“集團(tuán)”）擁有的專業(yè)知識(shí)。

　　索尼首先指出，SWIR（短波紅外線）是一種特殊范圍的紅外線?？梢允褂脽岢上裣鄼C(jī)來檢測(cè)某些范圍的紅外光，以測(cè)量例如人體的溫度。其他人有不同的屬性。SWIR 是介于 0.9 和 2.5 ?m 之間的波長(zhǎng)范圍。

　　它在反射和吸收方面有別于可見光的特性，而 SWIR 圖像傳感器利用這些特性將人眼無法感知的事物可視化。同時(shí)，一些材料允許短波紅外光穿透，這使得檢查這些材料背后的東西成為可能。

　　這種光的散射也比可見光少，而且這種特性對(duì)于在有霧或有霧的環(huán)境中可視化物體很有用。

　　得益于其原創(chuàng)技術(shù)，索尼開發(fā)的 SWIR 圖像傳感器不僅可以在高達(dá) 1.7 ?m 的范圍內(nèi)進(jìn)行可視化，還可以捕獲可見光譜中的圖像。

　　從應(yīng)用上看，索尼指出，SWIR 光具有穿透硅和可視化霧的特性。利用這些特性，圖像傳感器可應(yīng)用于各種行業(yè)，包括半導(dǎo)體和食品生產(chǎn)，主要用于檢測(cè)目的。以半導(dǎo)體行業(yè)為例，半導(dǎo)體晶圓通常由吸收可見光的硅制成。在可見光條件下使用傳統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)，它看起來就像一塊普通的金屬板。同時(shí)，短波紅外穿透硅。因此，當(dāng)在配備 SWIR 圖像傳感器的相機(jī)捕獲的圖像中進(jìn)行可視化時(shí)，芯片看起來像一塊透明的玻璃板，并且可以檢測(cè)到晶片內(nèi)的裂縫或半導(dǎo)體中的污染物。

　　除此之外，水在自然可見光下是透明的，但它會(huì)吸收短波紅外波段內(nèi)的特定波長(zhǎng)，因此在捕獲的圖像中會(huì)呈現(xiàn)彩色。該特性可用于檢測(cè)水分，因此該傳感器可用于食品檢測(cè)，例如檢測(cè)在可見光下難以檢測(cè)的水果上的瘀傷和劃痕。

　　在問到這類傳感器的設(shè)計(jì)難度時(shí)，索尼回應(yīng)道：SWIR 圖像傳感器已經(jīng)應(yīng)用于許多行業(yè)，但它們存在重大的技術(shù)問題。其中之一是像素大小。傳統(tǒng)傳感器中的像素很大，并且尺寸使得在一個(gè)傳感器中放置多個(gè)像素變得困難。它對(duì)提高決議提出了挑戰(zhàn)。在圖像質(zhì)量方面，也很難獲得清晰的圖像，因此相機(jī)制造商不得不安排繁重的后期處理。此外，由于傳感器是模擬類型，相機(jī)必須將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這給相機(jī)的處理電路帶來了很大的壓力，并且需要設(shè)計(jì)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)它。他們進(jìn)一步指出，傳統(tǒng)的 SWIR 圖像傳感器使用凸塊連接，其中包括金屬球?qū)⑾袼貎?nèi)的磷化銦層與硅層連接起來。為了使用凸點(diǎn)連接減小像素尺寸，需要將金屬球精確對(duì)準(zhǔn)微米級(jí)的凸點(diǎn)間距，這本身就很難實(shí)現(xiàn)。這一技術(shù)難點(diǎn)阻礙了像素的小型化，導(dǎo)致圖像傳感器價(jià)格上漲。

　　正因?yàn)榭紤]到使用凸塊連接阻礙了 SWIR 圖像傳感器的小型化。索尼使用 Cu-Cu 連接來解決這個(gè)問題，這是索尼多年來為圖像傳感器開發(fā)的堆疊技術(shù)。按照索尼的說法，在堆疊背照式 CMOS 圖像傳感器部分（頂部芯片）和邏輯電路（底部芯片）時(shí)，通過連接的 Cu（銅）焊盤提供電連續(xù)性的技術(shù)。與通過貫穿像素區(qū)域周圍的電極實(shí)現(xiàn)連接的硅通孔 （TSV） 布線相比，這種方法提供了更多的設(shè)計(jì)自由度、提高了生產(chǎn)率、允許更緊湊的尺寸并提高了性能。這項(xiàng)技術(shù)將使以微間距對(duì)齊像素成為可能。

　　同時(shí)，傳統(tǒng)的圖像傳感器使用硅作為光電轉(zhuǎn)換層，但這種材料不吸收 SWIR 范圍的光。因此，索尼使用砷化銦鎵 （InGaAs） 作為能夠吸收 SWIR 光譜并將光能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管材料。這種材料以前從未用于索尼的圖像傳感器中，但是，索尼的另一個(gè)部門擁有生產(chǎn) InGaAs 的化合物半導(dǎo)體技術(shù)。

　　此外，集團(tuán)擁有將光能轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路技術(shù)。事實(shí)上，索尼已經(jīng)掌握了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的必要技術(shù)，包括 SWIR 圖像傳感器所需的化合物半導(dǎo)體技術(shù)。索尼認(rèn)為，通過結(jié)合這些技術(shù)，有可能以前所未有的微型規(guī)模實(shí)現(xiàn) SWIR 圖像傳感器，并增加像素?cái)?shù)。

　　索尼表示，公司已經(jīng)相信該集團(tuán)的技術(shù)專長(zhǎng)能夠取得成功，因此他們專注于部署集團(tuán)的技術(shù)，使最終的圖像傳感器對(duì)客戶有用。索尼做的第一件事是采用列并行 A/D 轉(zhuǎn)換電路，這是一種為 CMOS 圖像傳感器技術(shù)開發(fā)的技術(shù)，將 SWIR 圖像傳感器輸出數(shù)字化。這消除了相機(jī)制造商為后處理提供 A/D 轉(zhuǎn)換組件的需要。它還有助于解決索尼競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品必須解決的圖像質(zhì)量問題。因此，索尼相信它有助于顯著減少相機(jī)制造商的圖像編輯步驟。

　　索尼繼續(xù)指出，SWIR 圖像傳感器具有由 InGaAs 制成的光電二極管。制造 InGaAs 必不可少的磷化銦 （InP） 形成阻擋可見光的層。然而，索尼考慮采用的 Cu-Cu 連接在結(jié)構(gòu)上允許減少 InP 層的厚度。這促使我們致力于開發(fā)一種獨(dú)特的 SWIR 圖像傳感器，該傳感器也能夠在可見光下捕獲圖像。

　　索尼進(jìn)一步說到，這是集團(tuán)有史以來第一個(gè)使用 InGaAs 開發(fā)的 SWIR 圖像傳感器，因此公司徹底審查了要解決的挑戰(zhàn)，在開發(fā)的早期階段就有 300 多個(gè)。隨著進(jìn)一步深入開發(fā)，索尼發(fā)現(xiàn)了更多需要處理的問題。原來有這么多的挑戰(zhàn)等待著。還有一些 InGaAs 獨(dú)有的現(xiàn)象，這是硅所不知道的，我們不得不討論如何在最終產(chǎn)品中處理這些現(xiàn)象。

　　索尼最后說到，通過像素小型化增加的像素?cái)?shù)帶來了巨大的好處。圖像傳感器能夠識(shí)別以前無法檢測(cè)到的極小損壞，從而提高檢測(cè)質(zhì)量。數(shù)字化將使相機(jī)設(shè)計(jì)更容易，這反過來又有助于節(jié)約成本等，并使圖像傳感器對(duì)客戶來說更實(shí)惠。由于索尼相信能為世界帶來更好的質(zhì)量檢測(cè)，索尼認(rèn)為這款 SWIR 圖像傳感器將在其中發(fā)揮重要作用。

　　“我們的 SWIR 圖像傳感器具有集團(tuán)廣受贊譽(yù)的特性，例如易用性、高性能等等。相信會(huì)在市場(chǎng)上引起轟動(dòng)。我認(rèn)為這些特性也將有助于為新應(yīng)用鋪平道路?！彼髂嶙詈笳f。