Cómo Samsung Electronics desarrolló el sensor de imagen ISOCELL HP3 – Samsung Global Newsroom

Los lentes de cámara del tamaño de una uña integrados en los dispositivos móviles han recorrido un largo camino desde su creación. Tras ser la primera empresa de la industria en presentar sensores de imagen CMOS (CIS) de 108 y 200 megapíxeles en 2019 y 2021 respectivamente, Samsung Electronics volvió a sorprender al mercado recientemente con su sensor de imagen ISOCELL HP3, un sensor de imagen con 200 millones de píxeles. 0,56 micrómetros (micras)-píxeles, los píxeles más pequeños de la industria.

Samsung es líder en tecnologías de sensores de imagen con diseños innovadores de semiconductores que pueden capturar imágenes asombrosas con una gran cantidad de píxeles. Con el anuncio de la producción en masa de su sensor de imagen de píxeles ultraaltos, el ISOCELL HP3, la compañía ha comercializado el desarrollo de sensores de imagen móviles de 200MP con píxeles ultrapequeños.

Para obtener más información sobre cómo Samsung desarrolló este sensor de imagen de píxeles ultraaltos líder en la industria, Samsung Newsroom habló con los desarrolladores de System LSI y Semiconductor Business, Myoungoh Ki y Sungsoo Choi, Centro de I+D, respectivamente, que desempeñaron un papel destacado en el desarrollo del nuevo ISOCELL HP3. .

Más pequeño y mejor: la primera empresa de la industria en el mercado 0,56micras píxel

Un sensor de imagen es un sistema semiconductor que convierte la luz que ingresa al dispositivo a través de la lente de la cámara en señales digitales. Desde cámaras digitales y teléfonos inteligentes hasta computadoras portátiles y automóviles, los sensores de imagen están integrados en todos los productos electrónicos que vienen con una cámara. El ISOCELL HP3 que Samsung presentó recientemente es un sensor de imagen que incluye 200 millones 0,56micras píxeles, los píxeles más pequeños de la industria, en formato óptico de 1/1,4″.¹

Desde 2019, Samsung ha logrado cada año reducir el tamaño de sus píxeles para igualar el tamaño más pequeño de la industria. Se necesitan píxeles más pequeños para mantener los dispositivos delgados.

«Con un tamaño de píxel de unidad más pequeño, se puede reducir el tamaño físico del sensor y el módulo, lo que también permite reducir el tamaño y el ancho de la lente», explicó Ki. «Esto puede eliminar elementos que interfieren con el diseño del dispositivo, como una cámara que sobresale, y también puede reducir el consumo de energía».

Si bien los píxeles más pequeños permiten que los dispositivos sean más delgados, es esencial mantener la calidad de imagen con píxeles más pequeños. Desarrollado con tecnología de punta, el ISOCELL HP3, con un tamaño de píxel un 12 % más pequeño que el modelo anterior ISOCELL HP1, puede reducir el área del módulo de la cámara en un dispositivo móvil hasta en un 20 %. A pesar de su tamaño de píxel más pequeño, el sensor se ha desarrollado utilizando tecnología que maximiza la capacidad total del pozo (FWC) y minimiza la pérdida de sensibilidad. Además, se han agregado nuevas características al sensor, incluidas capacidades de enfoque automático de todos los píxeles y funciones para la operación de video de alta velocidad, así como una expresión de color mejorada.

Mayor absorción de luz y capacidad de fotodiodo a través de capacidades tecnológicas únicas

Un tamaño de píxel más pequeño es ideal para crear dispositivos más pequeños y delgados, pero puede provocar que ingrese menos luz al dispositivo o que haya interferencia entre píxeles adyacentes. A pesar de estos desafíos, Samsung pudo usar los píxeles más pequeños de la industria para crear un sensor nuevo e innovador.

«Todo depende de las capacidades tecnológicas patentadas de Samsung», dijo Ki. «La tecnología innovadora de Samsung es capaz de ofrecer un alto rendimiento incluso en dispositivos mucho más pequeños».

Samsung ha logrado crear paredes físicas entre píxeles más delgados y más profundos utilizando su tecnología patentada llamada aislamiento de trinchera profunda (DTI) de profundidad completa, lo que garantiza un alto rendimiento incluso con 0.56micras. DTI, la tecnología clave de ISOCELL, crea un componente aislado entre píxeles, que actúa como una pared aislada para evitar la pérdida de luz y mejorar el rendimiento óptico. El desarrollador Choi comparó la tecnología con la construcción de una barrera delgada entre las diferentes habitaciones de un edificio.

«En pocas palabras, es como tratar de crear una pared más delgada entre tu habitación y la siguiente sin afectar el nivel de insonorización», explicó Choi.

La clave de DTI es crear paredes de silicona más delgadas y profundas para aumentar el ISO y reducir la diafonía.² ya que los componentes de aislamiento más grandes entre píxeles significan una mayor pérdida de luz. Aplicando esta técnica al 0.56micras píxeles, Samsung ha aumentado la absorción de luz y ha optimizado la capacitancia del fotodiodo (PD). Por lo tanto, el uso de píxeles ultrapequeños se ha hecho posible ya que se puede almacenar y procesar más luz por píxel incluso con un área receptora de luz más pequeña.

La función de enfoque automático para los 200 megapíxeles proporciona mayor velocidad y precisión

La tecnología Super Quad Phase Detection (QPD), que se utilizó por primera vez en la HP3, permite enfocar los 200 megapíxeles aumentando la intensidad de los píxeles de enfoque automático al 100%. Super QPD proporciona un enfoque automático más rápido y preciso mediante el uso de una lente de cuatro píxeles, lo que permite la medición de todas las diferencias de fase de los lados izquierdo, derecho, superior e inferior del sujeto fotografiado. El enfoque automático no solo es preciso incluso cuando está oscuro, sino que la alta definición se mantiene incluso cuando se acerca el zoom.

Para resolver el problema de la mala calidad de imagen en entornos con poca luz, Samsung ha utilizado una innovadora tecnología de píxeles para garantizar imágenes de alta calidad. «Usamos una versión mejorada del Tetra propiedad de Samsung²tecnología de píxeles que combina cuatro o dieciséis píxeles adyacentes para funcionar como un solo píxel grande en entornos con poca luz”, dijo Choi. La tecnología de píxeles mejorada permite disparar en alta resolución en 8K a 30 fotogramas por segundo (fps) y 4K a 120 fps sin pérdida de campo de visión. Además, es posible grabar videos de 8K en resolución ultra alta con el mismo campo de visión que cuando se toman fotos.

Al igual que en entornos con poca luz, también es difícil tomar fotos cuando hay demasiada luz solar. Para combatir este problema, se necesita una tecnología única para ajustar los niveles de las fotos para capturar correctamente una imagen. «Cuando hay demasiada o muy poca luz, es importante aumentar el rango dinámico³ para tomar una foto natural que se parezca a lo que vemos con nuestros ojos”, dijo Ki. «Usando la tecnología Smart-ISO Pro, que utiliza dos ganancias de conversión, y High Dynamic Range (HDR) escalonado⁴ función, que convierte tres fotogramas con diferentes exposiciones (exposición corta, exposición media y exposición larga) en uno, es compatible con la fotografía HDR que crea imágenes naturales incluso cuando se dispara en condiciones de iluminación imperfectas, proporcionando resultados óptimos.

Colaboración: la clave para superar las limitaciones técnicas y permitir un desarrollo rápido

Durante el desarrollo de ISOCELL HP3, los desarrolladores enfrentaron varios desafíos técnicos. «Como este fue el primer producto en utilizar la tecnología Super QPD, hubo muchas pruebas y errores al usar una nueva estructura que no se podía encontrar en el aislamiento de zanjas. Frente profundo (FDTI) existente, y también nos encontramos con problemas que no habíamos previsto en cada etapa de desarrollo”, dijo Choi.

A pesar de un proceso de desarrollo tan difícil, el nuevo sensor se anunció menos de un año después del lanzamiento del modelo anterior. Ambos desarrolladores atribuyeron el rápido desarrollo y lanzamiento del producto a la colaboración entre diferentes equipos.

«Cada vez que nos encontrábamos con un problema técnico, respondíamos cooperando estrechamente con diferentes divisiones comerciales, nuestro equipo e incluso centros de investigación en el extranjero», dijo Ki. “Pudimos crear sinergia al agregar conocimientos a productos líderes, como chips de memoria del centro de I + D de Semiconductores, chips lógicos, etc. Este nuevo producto puede ser el mayor esfuerzo de colaboración entre varios departamentos hasta la fecha, incluidos los empleados del centro de I+D de semiconductores, el equipo de desarrollo de píxeles, la fundición, los investigadores de SSIR y todos los grupos de equipos de desarrollo avanzados, como diseño de sensores, píxeles, soluciones, tecnología de productos, fabricación y algoritmo.

Orgullo de nuestra destreza técnica de vanguardia: líder del mercado en sensores de imagen

Como se espera que el mercado de sensores de imagen crezca rápidamente debido a la mayor demanda de cámaras y la diversificación de productos relacionados, Samsung está marcando las tendencias para las cámaras en el mercado de sensores de imagen móviles de nueva generación al superar los límites de la miniaturización de píxeles. Samsung Newsroom preguntó a los dos desarrolladores qué pensaban acerca de liderar el desarrollo técnico del ISOCELL HP3, el primer sensor de imagen de 200MP de la industria que usa 0.56micras píxeles

«Estoy muy orgulloso del hecho de que estamos marcando tendencia en el mercado de sensores de imagen y confío en que seguiremos estando a la vanguardia de la tecnología de micropíxeles», dijo Choi. «A medida que las aplicaciones de los sensores de imagen se generalicen en diversas industrias, como la realidad aumentada (AR), la realidad virtual (VR) y la industria automotriz, además de la industria de los teléfonos inteligentes, lideraremos el desarrollo de tecnologías y mercados futuros. basado en nuestras capacidades tecnológicas únicas”, dijo Ki, compartiendo sus ambiciones futuras.

Samsung ha creado con éxito dispositivos ultrapequeños que capturan imágenes de alta definición con su innovadora tecnología de sensor de imagen. Samsung continuará liderando el mercado de sensores de imagen con sus innovaciones únicas, como el sensor de imagen ISOCELL, que brinda experiencias optimizadas y avanzadas para sus usuarios.

¹ Diámetro del área captada a través de la lente de la cámara.

² Fenómeno donde la luz interfiere con los fotodiodos de píxeles adyacentes.

³ La relación entre las partes más claras y más oscuras de una imagen digital.

⁴ Una tecnología que amplía el rango de brillo haciendo que las partes claras sean más brillantes y las partes oscuras más oscuras, de la misma manera que ve el ojo humano real.