Sony continue à mener la course à l’innovation en tête dans les capteurs d’image Cmos. La conférence IEDM (International Electron Devices Meeting), qui s’est déroulée du 11 au 15 décembre 2021 à San Francisco, aux Etats-Unis, lui a offert l’occasion de le démontrer. Le groupe japonais d’électronique a présenté une percée qui révolutionne la conception de ce composant d’imagerie. L’innovation consiste à séparer la matrice des photosites de celle des pixels à transistors pour les empiler l’une sur l’autre. De quoi doubler le niveau de signal de saturation, élargir la plage dynamique et réduire le bruit, améliorant «considérablement» les propriétés d'imagerie selon la société.
Un capteur d’image Cmos est un composant photonique qui équipe un large éventail d’équipements - des smartphones aux systèmes d’observation satellitaire, en passant par les PC portables, les tablettes, les appareils photo, les caméras de sécurité, les systèmes de contrôle par vision, les scanners ou encore les endoscopes médicaux - pour leur donner la possibilité de "voir" ce qui les entoure. Il comporte deux matrices de détection : une matrice de photosites pour convertir la lumière incidente en signaux électriques, et une matrice de pixels à transistors pour contrôler ces signaux. Dans la structure conventionnelle actuelle, les deux matrices sont construites côte à côte sur le substrat. L’invention de Sony consiste à superposer la matrice de photosites sur celle des pixels.
Vers un standard du marché
C’est une avancée majeure dans la technologie des capteurs d'images Cmos qui a toute les chances de devenir un standard sur le marché. Sony affirme avoir conditionné les photodiodes et les transistors des pixels sur deux substrats séparés, avant de les empiler, l’un sur l’autre, à l'aide de sa technologie propriétaire d'empilement. Cette structure offre l’avantage d'optimiser séparément les deux couches pour améliorer les performances de l’imageur. Le fait de disposer les transistors des pixels sur une couche à part offre la possibilité d’augmenter la taille des transistors d’amplification de signal afin de réduire le bruit et d’améliorer la qualité d’image dans des conditions à faible luminosité.
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C’est la deuxième fois que Sony révolutionne la structure du capteur d’image Cmos. En 2012, le groupe japonais est passé à une construction empilée, avec la partie détection superposée sur le circuit logique de traitement. Cette architecture est devenue la norme. La nouvelle innovation devrait conforter son leadership sur le marché.
Fournisseur exclusif d'Apple
Selon le cabinet Yole Développement, Sony détient 40 % du marché mondial des capteurs Cmos estimé à 20,7 milliards de dollars en 2020, loin devant le sud-coréen Samsung Electronics, numéro 2 avec une part de 22 %, et le chinois OmniVision Technologies, numéro 3 avec une part de 12 %. Ce n’est pas un hasard s’il est le fournisseur exclusif d’Apple dans ce domaine et ce de façon ininterrompue depuis 2011.
Structure conventionnelle du capteur d'image Cmos (à gauche) et nouvelle structure empilée (à droite) (Source: Sony)
