CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),中文学名为互补金属氧化物半导体,它本是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导最基本的资料。

 

CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在 CMOS 上共存着带 N(带-电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。

 

后来发现 CMOS 经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器,按像素结构,CMOS 传感器可分为被动式与主动式两种。

 

被动式

被动式像素结构(Passive Pixel Sensor.简称 PPS),又叫无源式。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由 P 型半导体和 N 型半导体组成的 PN 结,它可等效为一个反向偏置的二极管和一个 MOS 电容并联。当开关管开启时,光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数,当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时,其电压被复位到列线电压水平,与此同时,与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。

 

主动式

主动式像素结构(Active Pixel Sensor.简称 APS),又叫有源式,如图 2 所示. 几乎在 CMOS PPS 像素结构发明的同时,人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能,在 CMOS APS 中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积,降低了“封装密度”,使 40%~50%的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是,如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配,这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于 CMOS APS 像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发,所以 CMOS APS 的功耗比 CCD 图像传感器的还小。

 

未来发展及应用

21 世纪初,全球 CMOS 图像传感器市场在 PC 摄像机、移动通信市场、数码相机、摄像机市场市场等领域获得大幅度增长,在未来的几年时间内,在 130 万像素至 200 万像素之下的产品中,将开始以 CMOS 传感器为主流。以小型化和低功耗 CMOS 图像传感器为核心的摄像机正在成为消费类产品的主流,上述领域将为图像传感器市场带来巨大发展。