Vorder- oder rückseitig beleuchtete Sensoren

Herkömmliche Sensoren sind so konzipiert, dass sie das Licht, das auf die Vorderseite des Sensors fällt, in Elektronen umwandeln. Wie unter Pixelgröße und Ladungskapazität beschrieben, ist nicht die komplette Sensoroberfläche lichtempfindlich, da das Pixel auch Steuerelektronik beinhaltet, die den Füllfaktor beschränkt.

Mit den heute erhältlichen hochauflösenden Sensoren ist es inzwischen möglich, dass sich bei kleiner Sensorgröße die Pixelgröße unter 2 Microns verringert. Diese Reduzierung führt zu einer weiteren Reduzierung des Füllfaktors, da die Fläche für die Steuerelektronik wichtiger wird. Um die Empfindlichkeit zu erhöhen, werden optische Lichtleiter auf den Mikrolinsen angebracht, um soviel Licht wie möglich auf den begrenzen lichtempfindlichen Bereich zu lenken.

Es gibt inzwischen jedoch bei einigen der modernsten kleinen Sensoren einen neuen Ansatz, nämlich das Pixel-Design zu kippen, um das Pixel von der Rückseite her zu beleuchten (back side illuminated oder BSI), damit die Steuerelektronik die lichtempfindliche Fläche nicht begrenzt. Aufgrund der Struktur der Silizium-Pixel muss Licht in einem BSI-Sensor weiter in das Silizium eindringen, um in Elektronen umgewandelt zu werden und ist daher weniger effizient bei der Umwandlung des Lichts (niedrigere Quanteneffizienz). Wir sehen daher bei Pixelgrößen zwischen 1 und 2 μm eine Grenze, ab der ein BSI-Sensor bessere Signale liefert als ein traditionell auf der Vorderseite beleuchtetes (FSI) Pixel.

Da die Sensorauflösung kontinuierlich ansteigt, werden künftig vermehrt Sensoren diese Technik nutzen. Für Anwendungen, die eine extreme Empfindlichkeit erfordern, können die Silizium-Wafer in der Produktion weiterbearbeitet werden, um das Silizium auf der Rückseite auszudünnen und die Empfindlichkeit eines BSI-Sensors zu verbessern. Diese Sensoren werden als Back Side Thinned- Sensoren bezeichnet. Diese Technik wird hauptsächlich bei kleinen Pixelgrößen eingesetzt und erhöht die Kosten erheblich.