中国芯：威派视半导体推出国产超高分辨率图像传感技术——VPS技术

时间： 2024-09-16 来源：威派视知乎

技术问答

南京威派视半导体VPS图像传感技术

一、概述

垂直电荷转移成像器件，也就是VPS：Vertically-charge-transferring Pixel Sensor。该器件是南京威派视半导体创始团队核心成员于2009年在南京大学提出，颠覆了传统成像技术的像元结构，用单一晶体管实现了CIS中3~4个晶体管和一个二极管的功能，将像元尺寸由“微米级”推进至“纳米级”。

这是一款拥有完全自主知识产品，完全国产的新型成像器件。该技术突破了传统成像器件的像元结构，创新性地将感光、读取、复位、选址功能集成到单一晶体管，解决了满阱电荷量受限于像元结构的问题，目前像素尺寸最小可达0.5微米，像素规模最大可至6亿。

南京威派视半导体VPS图像传感技术，6亿像素，0.5微米

二、定义

垂直电荷转移成像器件（Vertically-charge-transferring Pixel Sensor, VPS），采用一种全新的超大像素规模超高分辨率的高端成像芯片技术，通过缩小单元像素尺寸实现单位面积内像素数目显著提升，为我国成像芯片领域提供了全新的技术路径。

三、技术起源

当前，国内外主流成像器件有两种类型：一种是电荷耦合器件(CCD，Charge-Coupled Device，2009年诺贝尔奖)，一种是互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件。为研制具有纳米级像素尺寸的成像器件，本质上需要突破成像信噪比和像素尺寸的固有矛盾，将成像器件的像素尺寸由微米分辨力提升至纳米分辨力。CCD由于其工艺的特殊性和电荷转移机制的复杂性，要求其电荷转移效率极高，从而对MOS电容的界面质量提出很高的要求，使得尺寸缩小十分困难，目前最小的CCD阵列像素尺寸为0.7微米。CMOS-APS由于采用标准的CMOS工艺，随着CMOS工艺节点的不断缩小，CMOS-APS像素尺寸也在不断缩小，但是CMOS-APS每个像素单元包含了多个晶体管（分别实现光电转换、寻址、放大等功能），使得其占空比较低，单元像素面积接近100F2，满阱电荷量受限于像素结构，从而使得其尺寸缩小变得极其困难。

CMOS图像传感器厂商多年来一直在为减小像素间距而努力。因为图像传感器的像素越多，分辨率也越高。但是，随着像素间距尺寸与光的波长越来越接近，像素缩小变得越来越困难。

南京威派视半导体创始团队核心成员于2009年在南京大学提出提出了全新的垂直电荷转移成像器件（VPS）概念，该技术完全基于标准CMOS工艺，它解决了满阱电荷量受限于像素结构的问题，与传统的CCD或CMOS成像技术相比，VPS技术用单一晶体管实现CIS单元像素（一个二极管和3-4个晶体管）的全部功能，将像元尺寸由“微米级”推进至“纳米级”，目前已实现像素尺寸达0.5微米，像素规模达6亿，在全球处于领先水平，是世界上像素尺寸最小，像素规模最大的无透镜显微图像传感芯片。

四、颠覆性应用

VPS芯片应用领域：医疗成像、生命科学、商用卫星、大范围监控、工业检测、航天航空、军工领域等。

● 无透镜显微

VPS芯片数字显微技术大视场（较传统光学显微视场提高近500倍）和高分辨（超6亿像素）兼得的优势可以广泛运用于生命科学领域。可以让医疗器械具备输出大视野高分辨显微图像的能力，基于VPS芯片数字显微技术的医疗器械不用再借助显微镜和扫描装置，设备结构简单，维护方便，更易与样本自动化预处理、高通量检测和人工智能辅助诊断等技术相结合，创造出各级医疗机构都能使用的高精水平的医疗器械。

南京威派视半导体VPS图像传感技术医疗领域应用

● 大范围监控

VPS芯片支持超6亿像素，超高分辨率可在大范围区域内拍摄图像，并能保留整个图像的精致细节。适用于桥梁检测、海上风电检测、铁路枢纽电力工程检测、森林消防检测、林地巡护、农业勘测等等。

南京威派视半导体VPS图像传感技术大范围监控应用

南京威派视半导体VPS图像传感技术，长距离、大范围、超高清、微细节

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