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실리콘 다이 적층으로 고성능을 실현

새 개발 요소 기술에는 우선 각 화소의 신호 양에 따라서 이득을 최적화하는 ADC 회로가 있다. 촬영 대상이 어두운(화소의 신호량이 적을시)에는 높은 이득의 회로를, 촬영 대상이 밝은(화소의 신호량이 많을시)에는 낮은 이득의 회로를 선택한다. 이 방법으로 14bit와 높은 ADC 회로로 양호한 선형성을 얻을 수 있었다. 480fps로 촬영할 때의 비선형성은 0.18%에 그친다.

비선형성 측정 결과. 왼쪽 세로축은 디지털 출력 값, 오른쪽의 세로축은 비선형성이다. 비선형성은 최대 0.18%로 낮은 값

이득을 최적화하는 ADC 회로는 디지털 논리 회로부와 아날로그 회로부로 구성된다. 또 이미지 센서 회로는 아날로그 회로다. 디지털 논리부는 1채널당 4.752Gbps의 16채널 디지털 출력을 갖추고 있어 아주 고속으로 움직인다.

아날로그 회로부와 디지털 논리 회로부를 각각 최적화하기 위해 ADC 회로의 아날로그 회로부는 센서 회로와 같은 실리콘 다이, 디지털 논리 회로부는 다른 실리콘 다이로 만들었다. 센서 회로의 실리콘 다이는 양단부에 ADC 아날로그 회로를 배치했다. ADC의 아날로그 회로 위에 ADC의 디지털 논리 회로 실리콘 다이를 싣고 미소한 밴프(마이크로 범프)를 매개로 접속한다. 마이크로 범프의 수는 약 38,000.

실리콘 다이의 제조 기술은 이미지 센서의 실리콘 다이가 90nm의 1층 다결정 실리콘, 5층 금속 배선(최상층은 마이크로 범프용)이다. ADC 로직 회로 실리콘 다이는 65nm의 1층 다결정 실리콘, 9층 금속 배선으로 제조했다. 논리 회로에는 고성능 프로세스가 채용된 것으로 나타났다.

왼쪽은 개발한 CMOS 이미지 센서의 실리콘 다이 사진. (a)는 이미지 센서 회로와 ADC 회로의 아날로그부를 탑재한 실리콘 다이. (b)와(c)은 ADC회로의 로직부를 탑재한 실리콘 다이. 오른쪽 위에는 2장의 실리콘 다이를 1장의 실리콘 다이에 싣고 마이크로 범프로 연결한 구조의 이미지. 우하(d)는 개발한 이미지 센서로 촬영한 화상의 예

발표 강연에서는 실제 촬영한 영상을 재생하다가 슈퍼 슬로우 재생을 시연했다. 매우 아름다운 영상이였고 상용화를 크게 기대하게 만들었다.