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Nikkei X-TECH_2023.12.1

소니 계열사, 새로운 적외선 이미지센서 개발
반도체의 미세화 및 3D화로 인한 수요에 대응

소니그룹 산하인 소니세미컨덕터솔루션즈(SSS)는 약 532만 화소의 적외선 이미지센서를 개발했다. 화소 수가 자사의 기존 제품에 비해 약 4배이다. 반도체의 미세화와 3D화로 고해상도의 적외선 이미지센서가 요구되고 있는 가운데, 그 수요에 대응할 수 있다. 또한, 식품 검사, 이물질 검사 등 폭넓은 산업 용도로도 적합하다. 2024년 2월에 샘플이 출하될 예정이다.

SSS는 적외선 이미지센서로 현재 유효 화소 수가 약 34만과 약 134만인 제품을 가지고 있다. 이번에 새롭게 유효 화소 수가 532만과 321만의 제품이 라인업에 추가되는 것이다. 134만 화소의 제품은 이미 적외선 이미지센서 중에서도 많은 화소 수이지만, 추가적인 다(多)화소화로 보다 세밀한 검사가 가능하게 된다.

예를 들면, 반도체 분야에서는 실리콘 웨이퍼의 접합 공정이나 결함 검사 공정에서 이용할 수 있다. 미세화의 진전 및 3D 구현이 증가함에 따라 보다 많은 화소의 적외선 이미지센서를 요구하는 목소리가 높아져, 이번 제품화를 단행했다고 한다.

-- 독자적인 접합기술로 화소 크기를 축소 --
SSS의 적외선 이미지센서는 단파장 영역인 적외광(SWIR)뿐 아니라, 가시광 영역까지 촬상할 수 있다는 점이 큰 특징이다. 일반적인 적외선 이미지센서는 가시광 영역에서의 감도(양자 효율)가 낮다.

반면 SSS는 이미지센서 표면의 인화인듐(InP) 층을 얇게 만들고 그 아래에 있는 광전변환을 하는 인듐갈륨비소(InGaAs) 층까지 가급적 많은 빛이 투과될 수 있도록 해 가시광역에서 양자효율을 높였다. 이 결과, 400~1,700nm까지의 넓은 파장역에서 촬상이 가능해졌다.

SSS의 적외선 이미지센서를 사용하면, 지금까지 가시광용과 SWIR용으로 따로 필요했던 카메라가 한 대로 가능해진다. 이번에 라인업에 추가된 532만 화소 제품과 321만 화소 제품은 산업용 가시광 카메라에서 일반적인 이미지센서 화소 수와 동일한 수준이기 때문에 기존의 화상 처리 등을 적용하기 쉬울 것으로 SSS는 보고 있다.

이번 신제품은 이러한 특징들을 구비함과 동시에 화소의 크기를 미세화 함으로써 다화소화를 실현했다. SSS의 134만 화소 제품과 34만 화소 제품에서는 화소 크기가 5㎛였지만, 532만 화소 제품과 321만 화소 제품에서는 3.45㎛로 축소되었다.

이미지센서에서 키워온 ‘Cu-Cu 접합’이라고 부르는 기술을 응용해 수광부의 포토다이오드를 형성한 인듐갈륨비소 등, 화합물 반도체 층과 판독회로를 형성한 실리콘 층을 접합함으로써 화소 크기를 축소하는 데 성공했다.

또한, 400~1,700nm까지의 파장역에 있어서의 감도 특성을 거의 일정하게 했다. SSS의 기존 제품에서는 600nm 부근에서 감도가 약간 떨어졌다.

-- 어두운 곳에서 촬영 시 노이즈 저감 --
신제품에는 3종류의 촬영 모드가 탑재되어 있다. 첫 번째는 어두운 곳에서 촬영 시 노이즈를 저감하는 ‘HCG 모드’이다. 광전 변환 직후의 노이즈가 적은 상태에서 신호를 증폭시킴으로써, 그 후에 발생되는 노이즈를 상대적으로 작게 할 수 있다. 이로 인해 어두운 곳에서 노이즈의 악영향이 억제되어 카메라의 인식 정밀도 향상으로 이어진다.

두 번째는 'LCG 모드'이다. 밝은 곳에서의 촬영에 있어 다이내믹 레인지(동적 범위)를 중시한 촬상을 가능하게 한다.

이 2종류의 촬영모드는 SSS의 산업용 이미지센서에 채택되어왔지만, 적외선 이미지센서에 탑재되는 것은 이번이 처음이다.

세 번째 촬영 모드는 ‘DRRS’이다. 적외선 이미지센서로부터 2종류의 화상을 출력하고 이들을 카메라 측에서 합성함으로써 화상의 노이즈 성분을 대폭 제거할 수 있다. 합성처리를 위해 카메라 측에 프레임메모리가 별도로 마련될 필요가 있다. 상술한 HCG 모드나 LCG 모드와 조합하여 이용 가능하다.

SSS는 12월에 개최될 반도체 관련 전시회 'SEMION Japan 2023'과 동시에 개최되는 'APCS 2023'에 이번 신제품을 출품할 예정이다.

-- 키워드 --
적외선 이미지센서: 적색보다 파장이 긴 적외선 영역의 촬상이 가능한 이미지센서. 스마트폰이나 카메라에 탑재되는 가시광 영역의 이미지센서에서는 실리콘이 이용되지만, 적외선 이미지센서에서는 화합물 반도체를 이용하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 인듐갈륨비소 등이 있다.

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