近紅外NIR眼動(dòng)追蹤、面部識(shí)別、手勢(shì)控制以及夜視功能的攝像頭，這些功能都要用到可見光譜之外的紅外光。根據(jù)紅外線的波長(zhǎng)，又可以粗略的分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外。遠(yuǎn)紅外FIR）輻射強(qiáng)度和物體溫度有關(guān)，記錄的圖像并不清晰。比如像這樣，遠(yuǎn)紅外可用作熱傳感。和遠(yuǎn)紅外不同的是，近紅外（NIR）接近可見光，生成的圖像近似人眼所見，都是靠物體反射成像。
什么是近紅外、SOI，Soitec的技術(shù)對(duì)3D傳感器有什么樣的助益，今天在這里梳理一下。
近紅外NIR眼動(dòng)追蹤、面部識(shí)別、手勢(shì)控制以及夜視功能的攝像頭，這些功能都要用到可見光譜之外的紅外光。根據(jù)紅外線的波長(zhǎng)，又可以粗略的分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外。遠(yuǎn)紅外FIR）輻射強(qiáng)度和物體溫度有關(guān)，記錄的圖像并不清晰。比如像這樣，遠(yuǎn)紅外可用作熱傳感。和遠(yuǎn)紅外不同的是，近紅外（NIR）接近可見光，生成的圖像近似人眼所見，都是靠物體反射成像。
因此，近紅外（NIR）這種人眼不可見（不會(huì)對(duì)用戶造成干擾），低能耗、精度高這些特性使得它在過去幾年里徹底革新了機(jī)器視覺。iPhone X的面部識(shí)別用到的也是近紅外。結(jié)構(gòu)光也就是把近紅外網(wǎng)格投影到人臉上，根據(jù)采集到的網(wǎng)格、點(diǎn)陣的扭曲來計(jì)算3D模型的結(jié)構(gòu)。不過NIR并不是生來完美，靈敏度低、抗干擾性差等問題讓這項(xiàng)技術(shù)沉睡了幾十年的時(shí)間，直到九十年代再次被人所重視，進(jìn)入快速發(fā)展期。
NIR的局限
NIR紅外光學(xué)成像中，QE代表其捕獲的光子與轉(zhuǎn)化為電子的光子的比率。QE越高，NIR照明距離就越遠(yuǎn)，圖像也就越亮。100%的QE意味著所有被捕獲的光子都被轉(zhuǎn)化為電子，從而可實(shí)現(xiàn)最亮的可能圖像。但是NIR CMOS圖像傳感器捕獲光的能力有限，量子效率低（QE），此時(shí)如果想要轉(zhuǎn)化更多的光子，傳統(tǒng)的做法是使用厚硅，以此提高QE增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。但是持續(xù)地增加硅的厚度會(huì)導(dǎo)致光子跳到鄰近的像元中，產(chǎn)生串?dāng)_，此時(shí)形成的圖像會(huì)變得更模糊。并且這將產(chǎn)生更多的襯底噪音，導(dǎo)致信噪比的降低。
關(guān)于SOI:
SOI是CMOS工藝的特殊版本，兩者之間的最大差別在于襯底。CMOS的襯底是導(dǎo)電的，而SOI采用的襯底是不導(dǎo)電的絕緣體硅工藝，原理就是在Silicon（硅）晶體管之間，加入絕緣體物質(zhì)（氧化物埋層 buried oxide,簡(jiǎn)寫為BOX，或者是柵極氧化物GOX）。如此可以使得兩者之間的寄生電容比原來的少上一倍，可以較易提升時(shí)脈，并減少電流漏電成為省電的IC。Soitec在truedepth 3D相機(jī)NIR傳感器的深槽隔離(DTI)頂部使用了SOI工藝，為NIR COMS傳感器帶來了SOI襯底，絕緣層就像一面鏡子，紅外光能穿透至更深層，并且反射回主動(dòng)層。在這種優(yōu)化后的SOI襯底的幫助下，能夠大幅度提高信噪比：光捕獲增大，量子效率（QE）提高完全像素隔離而減少了串?dāng)_通過BOX（圖中的灰色隔離底層）隔離限制襯底噪聲，隔離金屬污染BOX同樣可以擴(kuò)散阻擋層以預(yù)防金屬污染可用于300mm的晶元中，BOX的厚度范圍是15nm-150nm，絕緣層上方的硅層滿足“開盒即用”的標(biāo)準(zhǔn)，厚度在50～200nm之間。
總的來說，SOI大幅提高了NIR的靈敏度，因?yàn)樗苡行У販p少畫素內(nèi)的泄漏。改善的靈敏度提供了良好的影像對(duì)比。結(jié)構(gòu)光這類紅外光投射捕捉技術(shù)容易受到可見光的影響，因此Apple采用SOI提高NIR的對(duì)比度是非常重要的，以防止在室外可見光干擾較大的時(shí)候iPhone X的Face ID失效。Soitec掌握的Smart Cut技術(shù)使其具備全球最好的SOI晶元技術(shù)，能夠成功實(shí)現(xiàn)SOI的商業(yè)化大規(guī)模量產(chǎn)，目前其他先進(jìn)的SOI企業(yè)的技術(shù)也來自其授權(quán)。不出意外，明年的各家手機(jī)旗艦應(yīng)當(dāng)都會(huì)配備上前置的面部識(shí)別模組，引發(fā)3D傳感器的市場(chǎng)的增長(zhǎng)。3D傳感器也必將在AR/VR、安防、人臉識(shí)別等更多領(lǐng)域迎來爆發(fā)。
