STARLIGHT камеры или STARLIGHT технология что это такое

В сети часто встречается описание: «Что такое STARLIGHT-камера?». Давайте разберемся, является ли это новым видом устройств или это технология, кем-то разработанная и внедренная в производство.

Обозначение «STARLIGHT технология» часто встречается в коммерческих предложениях. Однако такая формулировка может быть misleading (вводящей в заблуждение), так как на самом деле технологии с названием «STARLIGHT» официально не существует.

На самом деле существует светочувствительная пиксельная технология BSI (Back Side Illuminated) — проектирование архитектуры пикселя с обратной засветкой. Люди, не обладающие глубокими техническими знаниями, часто называют её «технологией STARLIGHT», ориентируясь на маркетинговое обозначение камер.

Если вы встретите этот термин в статье, скорее всего, её написал копирайтер или продавец, не обладающий экспертными знаниями в области микроэлектроники. Некоторые компании даже пытаются присвоить себе это название, утверждая, что именно они разработали данные камеры.

Маркировка STARLIGHT просто отделяет камеры с высокой светочувствительностью нового поколения от типовых камер с сенсорами фронтального типа засветки (FSI).

Например, у производителя SmartSens есть линейка под названием STAR-LIGHT, аналогичная серии STARVIS от Sony. Оба этих семейства используют архитектуру Back Side Illuminated. Без внедрения BSI-структуры было бы невозможно улучшить светочувствительность сенсоров при сохранении малого размера пикселя.

технология STARLIGHT миф, что такое BSI сенсор, отличия FSI и BSI матриц, камеры SmartSens STAR-LIGHT, Sony Starvis описание технологии, Back Side Illuminated в видеонаблюдении, светочувствительность камер 2024 2025, почему камеры называют Starlight.

На видео представлены камеры в порядке уменьшения их светочувствительности:

• ● CMOS BSI 2 GEN 1/1.8 (ссылка на модель)
• ● CMOS SONY STARVIS IMX327 (ссылка на модель)
• ● CMOS SONY STARVIS IMX307 (ссылка на модель)

сравнение светочувствительности камер наблюдения, тест камер STARVIS онлайн, CMOS BSI 2 GEN 1/1.8 цена, история технологии Back Side Illuminated, сенсоры Sony Starvis vs OmniBSI, лучшие камеры для ночного видения 2026.

Релиз: Массовое производство датчиков изображения BSI CMOS

Авторы: H. Rhodes, D. Tai, Y. Qian, D. Mao, V. Venezia, Wei Zheng, Z. Xiong, C.Y. Liu, K.C. Ku, S. Manabe, A. Shah, S. Sasidhar, P. Cizdziel, Z. Lin, A. Ercan, M. Bikumandla, R. Yang, P. Matagne, C. Yang, H. Yang, T.J. Dai, J. Li; S.G. Wuua, D.N. Yaunga, C.C. Wanga, J.C. Liua, C.S. Tsaia, Y.L.Tua, T.H. Hsua.

OmniVision Technologies, Inc. (OVT), Santa Clara, CA | TSMC, Taiwan.

Многочисленные усовершенствования дизайна пикселей обусловлены необходимостью сохранять качество изображения при постоянном уменьшении размера пикселя. Ключевым достижением стало массовое производство технологии Backside Illumination (BSI), обеспечивающей высокую производительность при низкой стоимости.

Альянс OmniVision-TSMC R&D сфокусировался на разработке BSI-технологии для пиксельного узла 1,4 мкм. В ходе испытаний на узле 1,4 мкм была достигнута пиковая квантовая эффективность: 43,8% (красный), 53,6% (зеленый) и 51,6% (синий). Показатели включают низкие перекрестные помехи, отсутствие задержек и FPN, шум чтения 2,3e, а также темновой ток всего 27 e/сек при 50°C.

Для продуктов с пикселем 1,75 мкм процесс был оптимизирован для достижения QE 53%, 60,2% и 60,4% соответственно в RGB-каналах. Архитектура OmniBSI™ полностью подтвердила свою надежность.

Технологические вызовы при разработке BSI:

• Эффективная доставка электронов к целевому фотодиоду через тыльную сторону.
• Безпустотное BS-склеивание пластин при низком напряжении.
• Жесткий контроль толщины при процессе утончения кремниевой пластины.
• Полная пассивация поверхности для минимизации «белых пикселей».
• Точное совмещение цветовых фильтров (CFA) и микролинз с обратной стороной матрицы.

OmniVision BSI white paper, квантовая эффективность сенсоров 1.4 мкм, архитектура OmniBSI детали, TSMC BSI CMOS датчики, темновой ток матриц видеонаблюдения, различие BSI и FSI простыми словами, технология обратной засветки пикселя OmniVision.

Представленные данные получены в результате характеризации нескольких линеек. Параметры BSI-пикселя 1,4 мкм основаны на анализе двух продуктов в массовом производстве, а данные 1,75 мкм — на трех продуктах. Все они используют общую конструкцию с двумя симметричными пикселями.

В отличие от сенсоров FSI, где правила проектирования BEOL (Back End Of Line) максимально жесткие для повышения коэффициента заполнения, в архитектуре BSI эти правила могут быть смягчены. Это позволяет снизить затраты и достичь лучшего углового отклика (CRA), что критически важно для светосильной оптики.

Первое поколение технологии OmniBSI™ (совместная разработка OmniVision-TSMC) использует комбинацию норм 90 нм и 110 нм с алюминиевой металлизацией (Al BEOL). Ограничения по толщине металла смягчены, что позволяет использовать более толстые слои для периферийных цепей, повышая общую скорость работы чипа при меньшем размере кристалла.

Процесс начинается с использования пластины устройства p/p+. Это первая демонстрация применения объемного кремния в качестве исходного материала для создания недорогой технологии BSI. Разработан новый модуль frontside (FS) для соединения малошумящего, полностью обедненного фотодиода с тыльной поверхностью (BS).

После обработки лицевой стороны (FS), металлизированная часть приклеивается к пластине-ручке. Затем поверхность BS утончается до целевой толщины эпитаксиального слоя. Квантовая эффективность (QE) и уровень перекрестных помех напрямую зависят от точности этого утончения.

Ключевые этапы пассивации и финализации:

• Для снижения темнового тока и «белых пикселей» поверхность BS пассивируется с помощью имплантата P+ и лазерного отжига.
• Наносится антибликовое покрытие (ARC) для усиления QE на всех длинах волн.
• Формируется металлический экран BS для исключения паразитной засветки.
• Наносится массив цветовых фильтров (CFA) и микролинзы с высокоточным совмещением.
• Финальный этап — упаковка чипа (технологии CLCC, CSP, OmniVision Camera Cube™).

архитектура OmniBSI детализация, техпроцесс 90нм CMOS сенсоров, квантовая эффективность 1.4 мкм пикселя, пассивация поверхности BS, темновой ток BSI матриц, упаковка чипов OmniVision Camera Cube, разница в дизайне FSI и BSI.

Производительность S/N при слабом освещении

Для пикселя 1,4 мкм значение S/N=10 достигается при освещенности всего 110 Lux. Общий шум чтения составляет 2,3e (из которых 1,9e — шум пикселя и 1e — периферийных цепей при усилении 8x).

Важным параметром является задержка (lag). Данные показывают, что задержка остается низкой во всем диапазоне сигнала и не является проблемой для BSI-пикселя 1,4 мкм даже при высоких уровнях освещенности.

Темновой ток и температурная зависимость

Общее фиксированное шумовое распределение (FPN) составляет всего 0,7e. Гистограмма (Рис. 8) показывает пик темнового тока 27 е/сек при 50°C для 8-мегапиксельного сенсора.

Результаты измерений: Полностью обработанные BSI-чипы достигают уровня темнового тока <1 e/sec при комнатной температуре. Энергия активации составила 1,1 эВ. Установлено, что фронтальная (FS) и тыльная (BS) стороны вносят примерно равный вклад в итоговый темновой ток сенсора.

квантовая эффективность BSI сенсоров график, соотношение сигнал-шум камер наблюдения, шум чтения 2.3e OmniVision, темновой ток матриц при 50 градусах, пассивация поверхности BS результаты, FPN видеокамер 0.7e, зависимость темнового тока от температуры BSI.

Таблица 1. Сравнение производительности пикселей 1,4 мкм и 1,75 мкм

Примечание: Превосходный показатель PRNU (неравномерность фотоответа) является прямым результатом низких оптических и электрических перекрестных помех в архитектуре BSI.

Производительность пикселя BSI 1,75 мкм

Пиксель размером 1,75 мкм использует ту же базовую конструкцию, правила проектирования и технологический процесс, что и технология 1,4 мкм, но с оптимизацией под больший размер физической площади.

Измеренное соотношение сигнал/шум (S/N) при слабом освещении для пикселя 1,75 мкм полностью согласуется с расчетными данными. Увеличение размера пикселя позволило снизить порог достижения качественного изображения до 60 люкс (против 110 люкс у пикселя 1,4 мкм), что делает данный сенсор идеальным для систем с высокими требованиями к ночной съемке.

сравнение BSI пикселей 1.4 и 1.75 мкм, PRNU сенсоров видеонаблюдения, энергия активации Ea темнового тока, QE каналов R G B 1.75 мкм, 8 мегапикселей 100 люкс тест, CMOS BSI 2 GEN производительность, OmniBSI характеристики в таблице.

Надежность архитектуры BSI

Квалификация надежности OmniBSI включает жесткое тестирование корпусных деталей CLCC и CSP. Набор испытаний подтверждает стабильность технологии в критических условиях:

• 1000 ч HTOL (срок службы) при 125°C
• 1000 ч HTS (хранение) при 125°C
• 1000 циклов (TC) от -40°C до 125°C
• 1000 ч TH (влажность) 85°C / 85% RHA
• Тестирование ESD и защелкивания

Результат: 0 отказов во всех контрольных точках. Расчетный показатель FIT составляет 28,2, а среднее время безотказной работы (MTBF) — 2986 лет при 55°C.

Перспективы субмикронных пикселей (SMP)

С внедрением BSI стало возможным уменьшение пикселя до 1,1 мкм (техпроцесс 65 нм). Переход к повторителю источника скрытого канала позволяет улучшить шум чтения и расширить динамический диапазон.

Для достижения приемлемого соотношения S/N на ультра-малых пикселях 0,9 мкм потребуются новые решения: использование шаблонов RGB Clear, CMY или инновационных фотосенсорных технологий. Основной вызов для технологов сегодня — сбор достаточного количества фотонов в уменьшающейся ячейке, по аналогии с проблемой емкости в DRAM.

Выводы исследования

CMOS-визуализаторы прошли через этап революционного развития. Для достижения лучшей в своем классе производительности при размерах пикселя 1,75 мкм и ниже технология BSI является безальтернативной. Массовое производство продуктов на различных узлах подтверждает полную контролируемость процесса и его готовность к глобальному рынку систем безопасности 2025-2026 гг.

Список литературы / References:

1. Peter Noble, IEEE Trans. El Dev. 15, p. 202-209, 1968.
2. S. Chamberlain, IEEE J Solid-State Circuits SC-4 (6) p. 333-342, 1969.
3. P. Weimer et al., IEEE Spectrum 6 (3): p. 52-65, 1969
4. P. Denyer et al, VSLI, p. 157-166, 1991.
5. E.R. Fossum Proc. SPIE Vol 1900, p. 2-14, 1993.
6. H. Rhodes et al., Workshop on Microelectronics and Electron Devices, p. 7-18, 2004.
7. J. Prima et al., Int. Image Sensor Workshop, p. 5-8, 2007.
8. T. Joy et al., IEDM Tech. Dig., p. 1007-1010, 2007.
9. C-R. Moon et al, IEDM Tech. Dig, p. 813-816, 2005.
10. J. Ahn et al., IEDM Tech. Dig. p. 275-278, 2008.
11. Y. Wu, P. Cizdziel, H. Rhodes, SPIE Electronic Imaging Conference, 2009.
12. J. Alakarhu, Int. Image Sensor Workshop, p. 1-4, 2007.  
13. X. Wang et al, Int. Image Sensor Workshop, p. 223-225, 2007.
14. J. Ahn et al, IEDM Tech. Dig., p. 275-178, 2008.
15. M. Ihama et al, Proc. SPIE, p. 6656, 2007 .