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픽셀 스케일링 트렌드 ​

픽셀 피치 축소에 따른 핵심 성능 지표의 변화를 시각화합니다. 물리적 한계와 상용 센서 데이터를 비교하세요.

픽셀 스케일링 트렌드

주요 센서 지표가 픽셀 피치에 따라 어떻게 변하는지 살펴보세요. 이론적 스케일링 법칙과 공개된 센서 데이터를 비교합니다.

공정 노드:
풀웰 용량 (ke⁻)
0.51.01.52.02.53.002040608010065nm40nm22nmIMX586IMX766IMX890IMX989IMX283피치 (µm)
최대 SNR (dB)
0.51.01.52.02.53.0253035404550IMX586IMX766IMX890IMX989IMX283피치 (µm)
나이퀴스트 주파수 (lp/mm)
0.51.01.52.02.53.02004006008001000피치 (µm)
회절 QE (%)
0.51.01.52.02.53.0020406080100피치 (µm)
풀웰 용량
10000 e⁻
최대 SNR
40.0 dB
나이퀴스트
500 lp/mm
회절 QE
28.1%
암전류 @60°C
5.0 e⁻/s

모델 범위

이 브라우저 도구는 직관 형성, 상대 경향 비교, 설계 공간 탐색에 사용하세요. 로컬에서 실행되는 간이 모델이며 RCWA/FDTD sign-off, 실리콘 보정, 벤더 공정 데이터를 대체하지 않습니다.

더 알아보기

해상도, MTF, 픽셀 스케일링

물리 수식과 이론

픽셀 피치 스케일링 법칙

쉽게 이해하기

픽셀을 작게 만드는 것은 단순한 축소가 아닙니다. 모든 특성이 동시에 바뀝니다. 작은 픽셀은 광자를 적게 모으고(SNR 저하), 전하 용량이 작아지고(풀웰 저하), 회절 흐림의 영향을 더 받으며, 읽기 노이즈도 훨씬 더 줄여야 합니다. 이 도구는 그 트레이드오프를 한눈에 비교해 어떤 항목이 어떻게 스케일링되는지 보여줍니다.

픽셀 축소는 광자 수, 풀웰 용량, 크로스토크, 회절 민감도, 읽기 노이즈 요구조건을 동시에 바꿉니다.

모델 가정

  • Scaling law는 1차 비례식이며 실제 process node는 architecture-specific offset과 개선을 포함합니다.
  • Microlens, BSI, DTI, capacitance design이 보상하지 않는 한 photon count와 approximate full well은 면적 trend를 따릅니다.
  • Diffraction pressure는 단순화된 Airy diameter proxy를 pitch와 비교해 평가합니다.

출력값

  • Pitch-dependent area, photon/SNR tendency, full-well tendency, diffraction ratio, mitigation context를 출력합니다.
  • Pitch 축소가 더 강한 optics, isolation, binning, read-noise reduction을 요구하기 시작하는 tradeoff map을 제공합니다.

검증 예제

  • Pitch를 절반으로 줄이면 동일 조도/노출에서 area는 4배 줄고 shot-limited SNR은 대략 2배 낮아져야 합니다.
  • Pitch가 줄거나 f-number가 커지면 $D_{\text{Airy}}/p$ 비율은 증가해야 합니다.

핵심 수식

면적 스케일링
$$A_{\text{px}} = p^2$$
  • \(A_{\text{px}}\): 픽셀 면적

광자 수집과 대략적인 커패시턴스는 모두 픽셀 면적에 비례합니다.

샷 노이즈 한계
$$SNR_{\text{shot}} = \sqrt{N_e}$$
  • \(N_e\): 전자 수

수집 전자 수가 4배 줄면 샷 노이즈 한계 SNR은 2배 줄어듭니다.

회절 비율
$$\frac{D_{\text{Airy}}}{p} \approx \frac{2.44 \lambda N}{p}$$
  • \(D_{\text{Airy}}\): 에어리 원반 직경

픽셀이 작아질수록 이 비율이 커져 픽셀 간 광학 공유가 증가합니다.

모델 해석

  • 현대 서브마이크론 픽셀은 BSI, DTI, 마이크로렌즈 시프트, 계산적 binning에 의존합니다.
  • 광학과 전자 회로는 서로 다르게 스케일링되므로 픽셀 축소는 단일 변수 문제가 아닙니다.
  • 상용 센서 추세선은 공정 설계 규칙이 아니라 맥락 정보로 봐야 합니다.

Pitch와 함께 스케일되는 항목

  • 동일 조도와 노출에서 photon count는 대략 $p^2$에 비례해 감소합니다.
  • $D_{\text{Airy}}/p$가 커지므로 같은 lens f-number도 작은 픽셀에서 더 부담스러워집니다.
  • SNR이 무너지기 전 사용할 수 있는 전자 수가 줄어들기 때문에 read-noise 요구조건이 더 엄격해집니다.

완화 기술 stack

  • BSI는 optical access를 개선하고, DTI는 crosstalk를 제한하며, microlens shift는 CRA response를 회복하고, binning은 photon statistics를 회복합니다.
  • 이 보정들은 모두 공짜가 아닙니다. 각각 공정 복잡도, 광학 부작용, 신호처리 가정을 추가합니다.
  • 스케일링은 pixel-layout shrink만이 아니라 camera-system level에서 평가해야 합니다.

아직 빠진 물리

  • 단순 scaling law는 상세 capacitance, source-follower noise, CFA geometry, wafer process difference를 무시합니다.
  • HDR 동작, dual conversion gain, computational multi-frame recovery를 예측하지 않습니다.
  • Trend curve는 최종 성능 예측이 아니라 1차 pressure indicator로 봐야 합니다.

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