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上次提到image sensor的創(chuàng)新思路主要分為新材料體系、新電路設(shè)計和架構(gòu)，新物理機制，新功能設(shè)計，當然還有新器件設(shè)計等幾個方面。在創(chuàng)新上，學(xué)術(shù)界一般比較腦洞大，各種奇思妙想都有。產(chǎn)業(yè)界相對保守，CMOS兼容這個條件使得他們在創(chuàng)新上不得不帶上枷鎖進行發(fā)揮，此外，他們的“新型”是為了參數(shù)、成本、功能的綜合提升而服務(wù)的，而不是為了創(chuàng)新和探索而去做“新型”。下面舉幾個例子。
Stack image sensor（代表：Sony）
“節(jié)點不夠，堆疊來湊”，摩爾定律的續(xù)命已經(jīng)在往3D堆疊，先進封裝的方向發(fā)展，來通過DTCO實現(xiàn)PPAC的整體調(diào)優(yōu)。這一套同樣也適用于CIS，尤其是追求小像素尺寸的設(shè)計。
Sony在2017年的TEDM上推出了基于TSV技術(shù)的三層堆疊式CIS結(jié)構(gòu)（Pixel/DRAM/logic 3-layer stacked CMOS image sensor technology鏈接為https://ieeexplore.ieee.org/document/8268317 實現(xiàn)了將pixel，DRAM，與logic die進行垂直stacking。這一設(shè)計在保證pixel die性能的前提下，引入DRAM，從而實現(xiàn)motion blur 的抑制。
接著，Sony繼續(xù)利用其stack工藝上的優(yōu)勢，在2021 年IEDM上推出自己的像素堆疊式CMOS圖像傳感器。像素結(jié)構(gòu)依然是經(jīng)典的4T電路結(jié)構(gòu)（加入了像素級binning）。像素晶體管和pd分別在垂直方向上的兩層芯片上，相比傳統(tǒng)設(shè)計，PD和像素級讀出電路在同一層上，這一堆疊式CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：
- 第一層全是PD感光面，F(xiàn)F可以更大
- 第二層有充足的面積給像素級電路中的管子，實現(xiàn)尺寸調(diào)優(yōu)，也可以設(shè)計更為復(fù)雜的像素級電路，而不用擔心占用面積
- PD和像素晶體管可以獨立優(yōu)化，實現(xiàn)各自的性能最優(yōu)設(shè)計
- 可以實現(xiàn)像素的進一步scaling
（圖片來源：Sony Develops World’s First*1 Stacked CMOS Image Sensor Technologywith 2-Layer Transistor Pixel｜News Releases｜Sony Semiconductor Solutions Group (sony-semicon.com)）
這一類型的創(chuàng)新工作還有很多，主要思路是：
借助新型工藝，先進封裝的賦能，實現(xiàn)CIS的整體性能調(diào)優(yōu)。
分光代替濾光（代表：三星）
說到分光代替濾光這一思路，我之前也有想到，是在快畢業(yè)的時候聽到一個CIS公司的宣講，講到傳統(tǒng)的RGB byer filter使得入射光的功率損失，不利于弱光探測，所以有了RGBW，互補色等一系列方案，當時就想到，那如果不用濾光片，直接在像素上用基于metasurface的分光片，是不是可以實現(xiàn)入射光信號的充分利用呢？而且是否可以不局限于RGBW，實現(xiàn)更多色分光，乃至實現(xiàn)多色通道成像。然后大概過了一年，就看到了三星2022年在NC上的工作（Zou, X., Zhang, Y., Lin, R. et al. Pixel-level Bayer-type colour router based on metasurfaces. Nat Commun 13, 3288 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31019-7）
這一方案引出的一個思路是：
借助了最近微納光學(xué)的一些發(fā)展，尤其是在metasurface ，metalens上，CIS可以實現(xiàn)一些設(shè)計上創(chuàng)新，以實現(xiàn)新功能、高性能。
相關(guān)的類似工作還有很多，包括一些filter-free的設(shè)計，比如Hyunsung Park, Yaping Dan, Kwanyong Seo, Young J. Yu, Peter K. Duane, Munib Wober, and Kenneth B. Crozier Nano Letters 2014 14 (4), 1804-1809，DOI: 10.1021/nl404379w （基于硅納米線）
Quantum Dot image sensor
說到filter-free，還有一些工作直接去掉了pixel前面的光學(xué)元件，比如量子點的image sensor。
基于量子點的sensor的優(yōu)點主要有：
1. 帶隙連續(xù)可調(diào)，
2. 吸收譜設(shè)計范圍廣?？赏卣辜t外波段
3. 感光單元體積小，柔性化和小型化容易
4. 工藝兼容性相對較好
Quantum Dot image sensor的相關(guān)工作還有挺多，甚至已經(jīng)有了一些初步的產(chǎn)品。Researchers use quantum dots to create high resolution three-layer sensor: Digital Photography Review (dpreview.com)
相關(guān)工作還有：
Lee, J., Georgitzikis, E., Hermans, Y. et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure. Nat Electron 6, 590–598 (2023). https://doi.org/10.1038/s41928-023-01016-9[IMEC Pinned photodiode的量子點image sensor]
2. Bao, J., Bawendi, M. A colloidal quantum dot spectrometer. Nature 523, 67–70 (2015). https://doi.org/10.1038/nature14576（量子點光譜儀）
3. Goossens, S., Navickaite, G., Monasterio, C. et al. Broadband image sensor array based on graphene–CMOS integration. Nature Photon 11, 366–371 (2017). https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.75（量子點+石墨烯 CMOS兼容）
4. Goossens, S., Navickaite, G., Monasterio, C. et al. Broadband image sensor array based on graphene–CMOS integration. Nature Photon 11, 366–371 (2017). https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.75（量子點 PVFET高頻高增益的兼得）
5. Zeissler, K. Quantum dot image sensors scale up. Nat Electron 4, 861 (2021). https://doi.org/10.1038/s41928-021-00701-x（介紹意法半導(dǎo)體展示300mm硅片上規(guī)模量產(chǎn)量子點SWIR圖像傳感器工作的報道）
6. Liu, J., Liu, P., Chen, D. et al. A near-infrared colloidal quantum dot imager with monolithically integrated readout circuitry. Nat Electron 5, 443–451 (2022). https://doi.org/10.1038/s41928-022-00779-x（華為聯(lián)合華中科技大學(xué)唐江團隊做的量子點紅外成像芯片）
借助新型材料的優(yōu)勢，在工藝兼容下實現(xiàn)性能提升和功能拓展
目前除了量子點外研究的材料還包括：二維材料，有機材料，納米線等
