बैक-इलुमिनेटेड सेंसर

एक बैक-इलुमिनेटेड सेंसर, जिसे बैकसाइड इल्यूमिनेशन (BI) सेंसर के रूप में भी जाना जाता है, एक प्रकार का डिजिटल छवि संवेदक  है जो कैप्चर किए गए प्रकाश की मात्रा को बढ़ाने के लिए इमेजिंग तत्वों की एक नई व्यवस्था का उपयोग करता है और इस तरह कम-प्रकाश प्रदर्शन में सुधार करता है।

तकनीक का उपयोग कुछ समय के लिए कम रोशनी वाले सुरक्षा कैमरों और खगोल विज्ञान सेंसर जैसी विशेष भूमिकाओं में किया गया था, किंतु निर्माण के लिए जटिल था और व्यापक रूप से उपयोग करने के लिए और अधिक शोधन की आवश्यकता थी। 2009 में उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स  महत्त्वो पर 5-मेगापिक्सेल 1.75 माइक्रोमीटर बीआई  सीएमओएस सेंसर  प्रस्तुत करने के लिए  सोनी  इन समस्याओं और उनकी क्रयमूल्य को पर्याप्त रूप से कम करने वाली पहली कंपनी थी।   OmniVision Technologies  के BI सेंसर का उपयोग अन्य निर्माताओं के उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में  HTC EVO 4G  के रूप में किया गया है Android स्मार्टफोन, और Apple के  iPhone 4  में कैमरे के लिए एक प्रमुख विक्रय बिंदु के रूप में।

विवरण
एक पारंपरिक, फ्रंट-इल्यूमिनेटेड डिजिटल कैमरा  मानव आंखों के समान फैशन में बनाया गया है, जिसमें आगे की तरफ एक लेंस (ऑप्टिक्स) और पीछे फोटोडेटेक्टर हैं। सेंसर का यह पारंपरिक अभिविन्यास डिजिटल कैमरा छवि संवेदक के  सक्रिय मैट्रिक्स  - व्यक्तिगत चित्र तत्वों का एक मैट्रिक्स - इसकी सामने की सतह पर रखता है और निर्माण को सरल करता है। मैट्रिक्स और इसकी वायरिंग, चूंकि, कुछ प्रकाश को दर्शाती है, और इस प्रकार फोटोकैथोड परत केवल आने वाली रोशनी का शेष भाग प्राप्त कर सकती है; प्रतिबिंब कैप्चर किए जाने के लिए उपलब्ध सिग्नल को कम कर देता है।

एक बैक-इल्युमिनेटेड सेंसर में समान तत्व होते हैं, किन्तु निर्माण के समय सिलिकॉन वेफर को फ़्लिप करके फोटोकैथोड परत के पीछे वायरिंग की व्यवस्था करता है और फिर इसके रिवर्स साइड को पतला कर देता है जिससे प्रकाश वायरिंग परत से गुजरे बिना फोटोकैथोड परत पर वार कर सके। यह परिवर्तन एक इनपुट फोटॉन के कैप्चर होने की संभावना को लगभग 60% से बढ़ाकर 90% से अधिक कर सकता है, (अर्थात 1/2 तेजी से रुकें) सबसे बड़े अंतर के साथ जब पिक्सेल का आकार छोटा होता है, जैसा कि ऊपर (प्रकाश घटना) से नीचे की सतह पर तारों को ले जाने में प्राप्त प्रकाश कैप्चर क्षेत्र एक बड़े पिक्सेल के लिए आनुपातिक रूप से छोटा होता है। BSI-CMOS सेंसर आंशिक धूप और अन्य कम रोशनी वाली स्थितियों में सबसे अधिक लाभदायक होते हैं। प्रकाश संवेदकों के पीछे तारों को रखना एक सेफलोपॉड आंख और आंख के विकास # विकासवादी सामान के बीच अंतर के समान है। फोटोकैथोड परत के पीछे सक्रिय मैट्रिक्स ट्रांजिस्टर  को ओरिएंट करने से कई समस्याएं हो सकती हैं, जैसे क्रॉसस्टॉक, जो  छवि शोर,  डार्क करंट (भौतिकी) , और आसन्न पिक्सेल के बीच रंग मिश्रण का कारण बनती है। थिनिंग भी सिलिकॉन वेफर को अधिक सूक्ष्म बनाता है। इन समस्याओं को श्रेष्ठ निर्माण प्रक्रियाओं के माध्यम से हल किया जा सकता है, किन्तु केवल कम उत्पादन की कीमत पर और इसके परिणामस्वरूप उच्च कीमतों पर। इन समस्याओं के बाद भी , प्रारंभिक बीआई सेंसरों ने आला भूमिकाओं में उपयोग पाया जहां उनका श्रेष्ठ कम रोशनी वाला प्रदर्शन महत्वपूर्ण था। प्रारंभिक उपयोगों में औद्योगिक सेंसर, सुरक्षा कैमरे, माइक्रोस्कोप कैमरे और खगोल विज्ञान प्रणाली सम्मलित हैं।

BSI सेंसर के अन्य लाभों में व्यापक कोणीय प्रतिक्रिया (लेंस डिज़ाइन के लिए अधिक लचीलापन देना) और संभवतः तेज़ रीडआउट दर सम्मलित हैं। हानी में खराब प्रतिक्रिया एकरूपता सम्मलित है।

उद्योग पर्यवेक्षक नोट किया गया है कि एक बैक-इलुमिनेटेड सेंसर सैद्धांतिक रूप से एक समान फ्रंट-इलुमिनेटेड संस्करण की समानता में कम खर्च कर सकता है। अधिक प्रकाश एकत्र करने की क्षमता का तात्पर्य है कि एक समान आकार का सेंसर सरणी कम रोशनी के प्रदर्शन में गिरावट के बिना उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रदान कर सकता है अन्यथा मेगापिक्सेल (एमपी) दौड़ से जुड़ा हुआ है। वैकल्पिक रूप से, समान रिज़ॉल्यूशन और कम रोशनी की क्षमता को एक छोटी चिप पर प्रस्तुत किया जा सकता है, जिससे क्रयमूल्य कम होती है। इन लाभों को प्राप्त करने की कुंजी एक श्रेष्ठ   प्रक्रिया होगी जो उपज की समस्याओं को संबोधित करती है, बड़े पैमाने पर डिटेक्टरों के सामने एक सक्रिय परत की एकरूपता में सुधार के माध्यम से।

BI सेंसर को अपनाने में एक बड़ा कदम तब उठाया गया जब 2007 में OmniVision Technologies ने तकनीक का उपयोग करके अपने पहले सेंसर का प्रतिरूप लिया। चूंकि, इन सेंसरों को उनकी उच्च क्रयमूल्य के कारण व्यापक उपयोग नहीं मिला। पहला व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला BI सेंसर ओमनीविज़न OV8810 था, जिसे 23 सितंबर 2008 को घोषित किया गया था, और इसमें 8 मेगापिक्सल थे जो आकार में 1.4 माइक्रोमीटर थे। OV8810 का उपयोग HTC Droid Incredible  में किया गया था और एचटीसी इवो 4जी, जो क्रमशः अप्रैल और जून 2009 में जारी किए गए थे। जून 2009 में, ओमनीविज़न ने 5MP OV5650 की घोषणा की, जिसमें 1300 mV/lux-sec पर सबसे कम रोशनी की संवेदनशीलता थी और उद्योग में सबसे कम 6 मिमी की स्टैक ऊंचाई थी। Apple ने iPhone 4 के पिछले कैमरे में उपयोग करने के लिए OV5650 का चयन किया, जिसने इसकी कम रोशनी वाली तस्वीरों के लिए अच्छी समीक्षा प्राप्त की।

नई फोटोडायोड सामग्रियों और प्रक्रियाओं पर सोनी के काम ने उन्हें अगस्त 2009 में अपने सक्रिय पिक्सेल सेंसर | सीएमओएस-आधारित  एक्समोर आर के रूप में अपना पहला उपभोक्ता बैक-इलुमिनेटेड सेंसर प्रस्तुत करने की अनुमति दी। Sony के अनुसार, नई सामग्री ने +8 dB सिग्नलिंग और -2 dB शोर प्रस्तुत किया। नए बैक-इलुमिनेटेड लेआउट के साथ संयुक्त होने पर, सेंसर ने लो-लाइट परफॉर्मेंस में दो गुना तक सुधार किया। IPhone 4s ने Sony द्वारा निर्मित एक इमेज सेंसर को नियोजित किया। 2011 में, सोनी ने अपने एक्समोर आर सेंसर को अपने प्रमुख स्मार्टफोन  सोनी एरिक्सन एक्सपीरिया आर्क में प्रचलित किया।

जनवरी 2012 में, सोनी ने स्टैक्ड सीएमओएस के साथ बैक-साइड प्रबुद्ध सेंसर विकसित किया, जहां सपोर्टिंग सर्किट्री को सक्रिय पिक्सेल सेक्शन के नीचे ले जाया जाता है, जिससे लाइट कैप्चरिंग क्षमता में और 30% सुधार होता है। सोनी द्वारा अगस्त 2012 में 13 और 8 प्रभावी मेगापिक्सेल के संकल्प के साथ एक्समोर आरएस के रूप में इसका व्यावसायीकरण किया गया था।

अक्टूबर 2012 में, GoPro ने Hero3 ब्लैक में अपने एक्शन कैमरों में पहले BSI सेंसर के रूप में Sony IMX117 सेंसर का उपयोग किया।

सितंबर 2014 में सैमसंग ने बीएसआई पिक्सेल तकनीक को अपनाने के लिए दुनिया के पहले एपीएस-सी सेंसर की घोषणा की। यह 28 एमपी सेंसर (S5KVB2) उनके नए कॉम्पैक्ट सिस्टम कैमरा, NX1 द्वारा अपनाया गया था, और फोटोकिना 2014 में कैमरे के साथ प्रदर्शित किया गया था।

जून 2015 में सोनी ने बैक-साइड प्रबुद्ध पूर्ण फ्रेम (सिनेमैटोग्राफी) सेंसर, सोनी α7R II|α7R II को नियोजित करने वाले पहले कैमरे की घोषणा की।

अगस्त 2017 में Nikon  ने घोषणा की कि उसका आगामी  Nikon D850, एक पूर्ण-फ्रेम डिजिटल SLR कैमरा, अपने नए 45.7 MP सेंसर पर एक बैक-इलुमिनेटेड सेंसर होगा।

सितंबर 2018 में Fujifilm  ने  X-T3  की उपलब्धता की घोषणा की, एक  मिररलेस इंटरचेंजेबल-लेंस कैमरा, जिसमें 26.1MP APS-C Fujifilm X-Trans सेंसर बैक-इलुमिनेटेड सेंसर है।

अप्रैल 2021 में, कैनन इंक ने घोषणा की कि उनके नए आर3 मॉडल में फुल-फ्रेम डीएसएलआर | 35 एमएम फुल-फ्रेम, बैक इल्युमिनेटेड, स्टैक्ड  सीएमओएस सेंसर और एक डिजिक एक्स इमेज प्रोसेसर होगा।

अप्रैल 2021 में, Ricoh ने  पेंटाक्स के-3 मार्क III | पेंटाक्स के-3 III जारी किया जिसमें सोनी से बीएसआई 26 मेगापिक्सल एपीएस-सी सेंसर और एक इमेज प्रोसेसर#प्रोसेसर ब्रांड नेम इमेज प्रोसेसर है।

मई 2021 में, सोनी ने माइक्रो फोर थर्ड सिस्टम फॉर्मेट के लिए एक नए बैक-इलुमिनेटेड, स्टैक्ड सेंसर की घोषणा की।

यह भी देखें

 * वेफर बैकग्राइंडिंग

ग्रन्थसूची

 * (Sony), "Sony unveils 'Exmor R' back-illuminated CMOS technology", Sony press release, 6 August 2009
 * P.K. Swain and David Cheskis, "Back-Illuminated Image Sensors Come to the Forefront", Photonics, August 2008
 * Junko Yoshida, "OmniVision adopts backside illumination technology for CMOS imager", EE Times, 27 May 2007
 * (Apple), "iPhone 4: Camera", Apple Inc., 7 June 2010

बाहरी कड़ियाँ

 * List of Hamamatsu Backthinned CCD sensors
 * Back thinned CCD used in Security cameras
 * Microscopy Primer on Quantum Efficiency
 * The Back-Illuminated CCD: Improving Light Sensitivity