CIS(Image Sensor)의 미래는 어떻게 가야하나? 포비온(Foveon 센서)

안녕하세요

오늘은 CIS의 미래에 대해서 한번 이야기 해보려고 합니다.

우리가 보통 TV를 볼 때도 픽셀 수에 따라 4K 8K 라고 말하는 것 처럼 CIS에도 픽셀이 존재 합니다.
CIS에서 이러한 픽셀은 각각의 Pixel이 Red, Greed, Blue의 빛을 받아들이는 픽셀입니다.

CIS Color Filter Pixel

이러한 픽셀은 많이 들어가면 좋을까요?

물론 해상도 처럼 많은 픽셀로 표현할 수 있으면 당연히 좋습니다.

하지만 우리의 CIS는 이미 우리의 스마트폰에만 몇개가 들어가고..

엄청나게 소형화 되어 있죠.

 

이렇게 소형화 된 이미지 센서 안에 Pixel 수 까지 엄청 나게 많이 들어간다면

하나의 픽셀의 크기는 정말 작아지게 될 겁니다.

하지만 이렇게 작아진 픽셀은 빛을 받아들이기 상당히 힘들죠..

(물리적으로 수광부가 작아집니다)

 

그래서 실제로 사람의 눈과 비슷한 해상도를 가진 픽셀 수가 현재 CIS의 목표라고 생각합니다.

 

그러면 우리의 CIS의 미래는 어디로 가야할까요?

Logic 반도체는 점점 Channel Length를 줄이면서 발전 되어 왔지만

한계에 부딪치고 구조적인 변경점을 이끌어 냈습니다.

 

CIS는 더이상 픽셀 크기를 줄일 수 없으면 어디로 가야 할까요?

 

제 생각에는 이것의 해답이 포비온의 이미지 센서가 아닐까 싶습니다.

 

기존의 CIS는 한 픽셀에 하나의 빛 밖에 받을 수 밖에 없습니다.

따라서 하나의 색깔을 표현하려면 4개의 픽셀이 필요하죠

이는 하나의 픽셀에 들어오는 빛이 작은 것을 의미하고 SNR이 나빠질 수도 있습니다.

CIS Color Filter

하지만 포비온의 이미지 센서는 아래 그림과 같이 하나의 픽셀에서 Red, Green, Blue 색깔을 모두 받을 수 있습니다.

따라서 기존에 색을 받기 위해 4개 픽셀이 필요 했다면 포비온의 픽셀은 픽셀 하나로 해결이 된다는 말입니다.

그러면 당연히 픽셀을 굳이 작게 만들지 않아도 되어 빛이 수광되는 양이 많아지기 때문에

기존의 CIS보다 훨씬 해상도도 좋고 Color 표현 능력도 뛰어나게 됩니다.

 

포비온의 이미지 센서

그렇다면 이러한 포비온의 이미지 센서는 기존의 CIS와 어떤게 다를까요?

가장 중요한 핵심은 Red, Green, Blue 마다 빛이 전자로 바뀌는 지점이 다르다고 합니다.

Red일 수록 깊은 곳에서 변환 되고, Blue 일수록 Si 표면에서 변환이 된다 합니다.

즉 깊이에 따라 생성 되는 전자를 따로따로 모으는게 가능하다면

하나의 픽셀로 깊이에 따라 Red, Blue, Green을 표현 할 수 있게 됩니다.

 

실제 이론도 간단하고...

실제 특허를 보면 엄청 간단? 해보이지만..

실제 구현하는 것은 엄청 어렵다고 합니다.

 

해당 이유에 대해서 생각해 보았는데,

깊이에 따라 Transitor를 배치하여 전자를 모으는 것 자체가

공정적으로 엄청 어렵다란 생각이 듭니다

그리고 Si을 깊게 파서 Transistor를 배치한다고 하더라도

각 픽셀 마다 전자 신호를 뽑아야 하니.. 각 픽셀마다 해당 공정이 들어가야 할 것 같습니다...

 

포비온의 특허

뉴스를 조금 찾아보니 2~3년 전에 제품이 출시 되었다곤 하는데...

특허 나온지 거의 20년만에 나온걸 보면 역시 어려운 기술인 것 같습니다.

추후 CIS의 먹거리로 해당 소자가 우리 곁에 오면 좋을 것 같네요!