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[Interview] Los píxeles de alta definición más pequeños del mundo: cómo Samsung Electronics desarrolló el sensor de imagen ISOCELL HP3

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▲ Sungsoo Choi (izquierda) del Centro de Investigación y Desarrollo de Semiconductores y Myoungoh Ki del Equipo de Desarrollo de Sensores Avanzados en el negocio System LSI de Samsung Electronics que desarrolló ISOCELL HP3.

Los lentes de cámara del tamaño de una uña que están integrados en los dispositivos móviles han avanzado extraordinariamente desde su creación. Después de convertirse en la primera empresa de la industria en presentar sensores de imagen CMOS (CIS) con 108 y 200 megapíxeles en 2019 y 2021 respectivamente, Samsung Electronics ha sorprendido recientemente al mercado una vez más con su sensor de imagen ISOCELL HP3, un sensor de imagen repleto de 200 millones 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 sorprendentes con una gran cantidad de píxeles. Mediante el anuncio de la producción en masa de su sensor de imagen de píxeles ultraaltos, el ISOCELL HP3, la empresa 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 Myoungoh Ki y Sungsoo Choi, desarrolladores del negocio System LSI y del Semiconductor R&D Center, respectivamente, quienes desempeñaron un papel de liderazgo en el desarrollo del nuevo ISOCELL HP3.

Más pequeño y mejor: la primera empresa de la industria en comercializar 0,56micras Píxeles

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 ha presentado recientemente es un sensor de imagen que contiene 200 millones 0,56micras píxeles, los píxeles más pequeños de la industria, en un formato óptico de 1/1,4”.1

Desde 2019, Samsung ha logrado reducir anualmente su tamaño de píxel para que coincida con 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, mantener la calidad de imagen con píxeles más pequeños es clave. Desarrollado con tecnología de vanguardia, el ISOCELL HP3, con un tamaño de píxel un 12 % más pequeño que el modelo ISOCELL HP1 anterior, puede reducir el área de superficie 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 desarrolló utilizando una tecnología que maximiza la capacidad total del pozo (FWC) y minimiza la pérdida de sensibilidad. Además, se agregaron nuevas características al sensor, incluidas capacidades de enfoque automático para todos los píxeles y funciones que permiten la operación de video de alta velocidad, junto con una expresión de color mejorada.

Mayor absorción de luz y capacidad de fotodiodo utilizando capacidades tecnológicas únicas

El 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 utilizar los píxeles más pequeños de la industria para crear un sensor nuevo e innovador.

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“Todo es gracias a las capacidades tecnológicas patentadas de Samsung”, dijo Ki. “La tecnología innovadora de Samsung puede brindar un alto rendimiento incluso en dispositivos mucho más pequeños”.

Samsung logró crear paredes físicas entre píxeles que son más delgadas y profundas mediante el uso de 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 los píxeles, que actúa como una pared aislada para evitar la pérdida de luz y mejorar el rendimiento óptico. El desarrollador Choi comparó esta tecnología con la construcción de una barrera delgada entre las diferentes habitaciones de un edificio.

“En términos sencillos, es lo mismo que intentar crear una pared más delgada entre tu habitación y la habitación de al lado 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 aumentó la absorción de luz y maximizó la capacidad de fotodiodo (PD). Por lo tanto, es posible utilizar píxeles ultrapequeños, 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 todos 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 %. El Super QPD ofrece una función de enfoque automático más rápida y precisa al utilizar una lente de más 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 también se mantiene la alta definición incluso cuando se acerca el zoom.

Para abordar el problema de la mala calidad de imagen en entornos con poca luz, Samsung utilizó una innovadora tecnología de píxeles para garantizar imágenes de alta calidad. “Utilizamos una versión mejorada de Tetra propiedad de Samsung2tecnología de píxeles que combina cuatro o dieciséis píxeles adyacentes para operar como un píxel grande en entornos con poca luz”, dijo Choi. La tecnología de píxeles mejorada permite filmar en alta resolución en 8K a 30 cuadros por segundo (fps) y en 4K a 120 fps sin pérdida en el campo de visión. Además, es posible filmar 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 en las fotos para capturar una imagen correctamente. “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. “Al usar la tecnología Smart-ISO Pro, que utiliza dos ganancias de conversión, y el rango dinámico alto escalonado (HDR)4 característica, que transforma 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 un resultado óptimo”.

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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 que utilizó la tecnología Super QPD, hubo muchas pruebas y errores al utilizar una nueva estructura que no se podía encontrar en el aislamiento de zanja profunda frontal (FDTI) existente, y también experimentamos problemas que teníamos. no 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. Los dos desarrolladores atribuyeron este rápido desarrollo y lanzamiento del producto a la colaboración entre diferentes equipos.

“Cada vez que nos enfrentábamos a 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 de primer nivel, como chips de memoria del centro de I + D de Semiconductores, chips lógicos y más. Este nuevo producto puede ser el mayor esfuerzo de colaboración entre diferentes departamentos hasta el momento, incluidos los empleados del Centro de I+D de Semiconductores, el Equipo de Desarrollo de Píxeles, la fundición, los investigadores del SSIR y todos los grupos del equipo de desarrollo avanzado, como diseño de sensores, píxel, solución, tecnología de producto, fabricación y algoritmo”.

Orgullo de Liderar la Proeza Técnica: Liderar el Mercado de Sensores de Imagen

Si bien se espera que el mercado de sensores de imagen experimente un rápido crecimiento debido a la mayor demanda de cámaras y la diversificación de productos relacionados, Samsung está marcando tendencias para las cámaras en el mercado de sensores de imagen móviles de próxima generación al superar las limitaciones de la miniaturización de píxeles. Samsung Newsroom preguntó a los dos desarrolladores cómo se sentían al liderar el desarrollo técnico del ISOCELL HP3, el primer sensor de imagen de 200MP en la industria que usa 0.56micras píxeles

“Me enorgullece mucho el hecho de que estamos creando tendencias en el mercado de sensores de imagen y confío en que continuaremos liderando la tecnología de micropíxeles”, dijo Choi. “Dado que las aplicaciones de los sensores de imagen se están generalizando cada vez más 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 basados ​​en en nuestras capacidades tecnológicas únicas”, dijo Ki, compartiendo sus ambiciones futuras.

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

1 El diámetro del área que se captura a través de la lente de la cámara.

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

3 La relación entre las partes más brillantes y las más oscuras en una imagen digital.

4 Una tecnología que amplía el alcance del brillo al hacer que las partes brillantes sean más brillantes y las partes oscuras más oscuras, de forma similar a como ve el ojo humano real.

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