Capteur d'image où la lumière entre par la face arrière du substrat, sans couches d'interconnexion. La lumière n'est pas masquée par le câblage, d'où une sensibilité élevée même avec de petits pixels.
Nom japonais: 裏面照射型(BSI)
« Éclairage par la face arrière (BSI) » apparaît dans 1 questions d'entraînement réparties sur 1 thèmes, dont Capteurs d'images et composants optiques.
Dans un capteur d'image CMOS éclairé par la face avant (FSI), la lumière entre par le côté où sont construits les transistors et les interconnexions, traversant la microlentille, le filtre coloré et plusieurs couches métalliques avant d'atteindre la photodiode. Le métal bloque et réfléchit une partie de la lumière, et la hauteur de l'empilement optique fait perdre les rayons arrivant sous des angles obliques. Dans un capteur éclairé par la face arrière (BSI), la plaquette est retournée après le traitement de la face avant, collée sur une plaquette support, et son substrat d'origine est aminci à quelques µm : la lumière entre ainsi par l'arrière et atteint la photodiode sans traverser aucune interconnexion.
À mesure que les pixels approchent d'environ 1 µm, les ouvertures entre les lignes métalliques d'un pixel FSI ne représentent plus qu'une petite fraction de la surface du pixel, et l'empilement devient haut par rapport à la largeur du pixel : la sensibilité et la réponse angulaire chutent fortement. Le BSI laisse presque toute la surface du pixel exposée à la lumière et raccourcit le chemin optique entre la microlentille et le silicium. Il libère aussi les interconnexions des contraintes optiques, ce qui permet davantage de couches métalliques. Ces avantages ont fait du BSI la structure standard des capteurs de caméras de smartphones.
L'amincissement doit laisser une couche de silicium uniforme de quelques µm sur toute la plaquette. La nouvelle face arrière doit être passivée, car les défauts qui s'y trouvent génèrent du courant d'obscurité ; on utilise couramment des films à charge fixe négative pour accumuler des trous à cette surface. Le silicium mince rend aussi plus probable la diaphonie optique et électrique entre pixels voisins, que l'isolation par tranchées profondes entre pixels réduit. La lumière rouge et proche infrarouge a une longueur d'absorption de plusieurs µm ou plus dans le silicium : des couches très minces perdent donc une partie de la réponse aux grandes longueurs d'onde.
Comme un capteur BSI nécessite déjà une plaquette support collée, celle-ci peut porter des circuits utiles au lieu d'être du silicium nu. Les capteurs d'image empilés collent la plaquette de pixels sur une plaquette logique contenant la lecture, la conversion analogique-numérique et le traitement d'image, chacune étant fabriquée dans un procédé adapté à sa fonction. Cela permet des puces plus petites ou davantage de traitement par unité de surface de pixel, et s'appuie directement sur les techniques de collage et d'amincissement de plaquettes développées pour le BSI.
Réponse : B. La lumière atteint la photodiode sans traverser les couches d'interconnexion, ce qui facilite l'augmentation de la sensibilité
Dans un capteur à éclairage par la face avant, la lumière traverse les interstices des nombreuses couches d'interconnexion situées au-dessus de la photodiode et se trouve masquée ou réfléchie par les interconnexions. Le capteur rétroéclairé amincit la plaquette à quelques µm et fait entrer la lumière par le côté opposé aux interconnexions, ce qui capte efficacement la lumière et améliore la tolérance aux rayons obliques. Commercialisé par Sony en 2009, il assure la sensibilité même avec des pixels fins d'environ 1 µm et est devenu la norme des caméras de smartphones.
En FSI, la lumière traverse les couches d'interconnexion avant d'atteindre la photodiode ; en BSI, la plaquette est retournée et amincie pour que la lumière entre par l'arrière, où il n'y a pas d'interconnexions. Le BSI collecte donc davantage de lumière, surtout pour les petits pixels.
La lumière entre par l'arrière : elle doit donc atteindre les photodiodes situées près de la face avant avant d'être absorbée. Amincir le silicium à quelques µm place les photodiodes dans la profondeur d'absorption de la lumière.
Ils nécessitent des étapes supplémentaires comme le collage de plaquettes, l'amincissement et la passivation de la face arrière, et le silicium mince augmente le risque de diaphonie et réduit la réponse aux grandes longueurs d'onde. L'isolation par tranchées profondes et un traitement de surface soigné y remédient.
Capteur d'image CMOS Photodiode Bruit à motif fixe Bruit de grenaille (shot noise) Capacité de puits (full well capacity) Capteur d'image CCD Capteur d'image CMOS empilé Courant d'obscurité Double échantillonnage corrélé (CDS) Matrice de Bayer