在本篇設(shè)計(jì)揭密中，我們將審視富士膠片(Fujifilm)公司630萬像素的Finepix E550數(shù)碼相機(jī)所用的電荷耦合器件(CCD)傳感器。對一部傻瓜型相機(jī)來說，F(xiàn)inepix E550的分辨率及其ISO 800標(biāo)準(zhǔn)的感光度和1/2,000秒的快門速度令人印象深刻。實(shí)際上，為了實(shí)現(xiàn)這些性能目標(biāo)，富士采用了其專有的超級CCD設(shè)計(jì)制造了其中的傳感器。

在數(shù)碼靜止照相機(jī)(DSC)市場，成像技術(shù)按圖像傳感器分為兩類：CCD和CMOS成像器。CMOS技術(shù)盤踞低端，而高端雖非由CCD把持，但它仍是主宰。在富士膠片的超級CCD架構(gòu)內(nèi)，傳統(tǒng)的x-y陣列被旋轉(zhuǎn)45度，以將像素排成對角線。此舉在允許設(shè)計(jì)師采用相對大的八邊光電二極管的同時，優(yōu)化了空間利用，且與其它設(shè)計(jì)相比，它支持更細(xì)的點(diǎn)陣間距。

富士的設(shè)計(jì)人員表示，歸功于在布局上的改進(jìn)，其超級CCD傳感器能將分辨率、感光性、動態(tài)范圍、信噪比和色彩逼真度等指標(biāo)均衡地結(jié)合起來。另外，該公司的信號處理技術(shù)在光電二極管間生成虛擬像素，所以存儲的圖像實(shí)際上是一個1,230萬像素的方格x-y陣列。

富士膠片的MS3895A傳感器是其初于1999年公布的技術(shù)的第四代產(chǎn)品。新傳感器的像素大小已縮小至2.7平方微米，以改進(jìn)分辨率。該芯片由Fujifilm Microdevices在其日本仙臺的晶圓廠采用0.35微米、雙金屬、雙多晶硅工藝，在n型基層上埋置p型井的方法制成。在其7.7×9mm的裸片上總共有663萬像素，有效像素達(dá)630萬。借助信號處理增加的虛擬像素，能記錄內(nèi)容的像素總數(shù)達(dá)1,230萬。

該傳感器的像素以對角線方式排列。為正確觀察像素，也可通過沿對角線方向取成像陣列的橫截面。在該橫截面上，你將在頂部看到半球狀的鏡頭結(jié)構(gòu)，然后是覆蓋在一個平面結(jié)構(gòu)層上的色彩過濾器層。在平面構(gòu)造層下面的是氮化硅鏡頭，在鏡頭下面的是光電二極管和CCD電荷遷移電極。

若對硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大，你將發(fā)現(xiàn)氮化硅鏡頭實(shí)際上包含兩個氮化物層。下面一層沉積在CCD構(gòu)造上然后經(jīng)過平整化處理，而上面一層被沉積在被平整化處理的這一層上，然后被浸蝕成半球狀。下面的兩個多晶硅遷移電極覆以一個鎢燈防護(hù)罩。

通過用一個掃描電容顯微鏡觀察橫截面圖像，可看到襯底的摻雜結(jié)構(gòu)。在底部你開始看到n基層，隨著逐步升高將進(jìn)入陣列的p井區(qū)。

靠近p井表面的是處在光電二極管和位于二極管表面p型銷入層之間的p型絕緣區(qū)。n摻雜電荷遷移通道位于p絕緣區(qū)內(nèi)，在表面下是嵌埋的光電二極管。在表面上是遷移電極和作為空白區(qū)間的電介質(zhì)，其上覆以一層完整金屬。

圖1：將圖像傳感器上的像素排列沿水平傾斜45度后，可提供更高的封裝密度。每個像素的尺寸縮小到了2.7平方微米，使得E550的有效像素達(dá)到630萬。

當(dāng)將構(gòu)造層剝?nèi)ィ瑥纳厦婵磦鞲衅鲿r，氮化硅鏡頭的對角線組織就變得清晰可見。氮化硅鏡頭周邊的虛擬像素由片上的信號處理電路生成。當(dāng)與物理像素結(jié)合時，該傳感器的總有效像素?cái)?shù)就變?yōu)?,230萬。

圖2：富士膠片的超級CCD圖像傳感器的對角線視圖。

將成像陣列表面磨去后，以水平方式橫跨陣列工作的多晶硅電極就暴露出來了。進(jìn)一步深入到硅構(gòu)造后，就可看到菱形的嵌埋光電二極管。富士將這些構(gòu)造稱為八邊形。電極遷移過程通過電荷遷移通道將被各個光電二極管積聚起來的電荷以鐘控方式移出光電二極管。然后，這些電荷被送至CCD陣列的邊緣。一個附屬 CCD將電荷移至級功放然后再進(jìn)入信號處理電路。

總體上，在現(xiàn)在這個納米技術(shù)時代，富士膠片的超級CCD傳感器采用的是一個相對簡單的結(jié)構(gòu)，但經(jīng)過精雕細(xì)鑿，它能恰倒好處地實(shí)現(xiàn)一款1,200萬像素照相機(jī)所要求的功能。富士膠片這款數(shù)碼相機(jī)的初始售價為325美元。