SWIR（short-wavelength infrared：短波紅外）圖像傳感器在各行各業的質量檢測中至關重要。SWIR 光譜是可見光波段以外的一系列紅外光譜，可用于產品檢測以檢測人眼不可見的微小缺陷或污染物。索尼最近開發的 SWIR 圖像傳感器通過部署業界最小的 5 ?m像素，實現了更小尺寸和更多像素。該圖像傳感器無與倫比，因為其動態范圍還涵蓋了可見光光譜。這種獨一無二的圖像傳感器背后是一個在開發過程中前所未有的挑戰故事。如何克服這些挑戰的故事揭示了只有索尼半導體解決方案集團（以下簡稱“集團”）擁有的專業知識。

　　索尼首先指出，SWIR（短波紅外線）是一種特殊范圍的紅外線?？梢允褂脽岢上裣鄼C來檢測某些范圍的紅外光，以測量例如人體的溫度。其他人有不同的屬性。SWIR 是介于 0.9 和 2.5 ?m 之間的波長范圍。

　　它在反射和吸收方面有別于可見光的特性，而 SWIR 圖像傳感器利用這些特性將人眼無法感知的事物可視化。同時，一些材料允許短波紅外光穿透，這使得檢查這些材料背后的東西成為可能。

　　這種光的散射也比可見光少，而且這種特性對于在有霧或有霧的環境中可視化物體很有用。

　　得益于其原創技術，索尼開發的 SWIR 圖像傳感器不僅可以在高達 1.7 ?m 的范圍內進行可視化，還可以捕獲可見光譜中的圖像。

　　從應用上看，索尼指出，SWIR 光具有穿透硅和可視化霧的特性。利用這些特性，圖像傳感器可應用于各種行業，包括半導體和食品生產，主要用于檢測目的。以半導體行業為例，半導體晶圓通常由吸收可見光的硅制成。在可見光條件下使用傳統數碼相機，它看起來就像一塊普通的金屬板。同時，短波紅外穿透硅。因此，當在配備 SWIR 圖像傳感器的相機捕獲的圖像中進行可視化時，芯片看起來像一塊透明的玻璃板，并且可以檢測到晶片內的裂縫或半導體中的污染物。

　　除此之外，水在自然可見光下是透明的，但它會吸收短波紅外波段內的特定波長，因此在捕獲的圖像中會呈現彩色。該特性可用于檢測水分，因此該傳感器可用于食品檢測，例如檢測在可見光下難以檢測的水果上的瘀傷和劃痕。

　　在問到這類傳感器的設計難度時，索尼回應道：SWIR 圖像傳感器已經應用于許多行業，但它們存在重大的技術問題。其中之一是像素大小。傳統傳感器中的像素很大，并且尺寸使得在一個傳感器中放置多個像素變得困難。它對提高決議提出了挑戰。在圖像質量方面，也很難獲得清晰的圖像，因此相機制造商不得不安排繁重的后期處理。此外，由于傳感器是模擬類型，相機必須將信號轉換為數字數據，這給相機的處理電路帶來了很大的壓力，并且需要設計知識來實現它。他們進一步指出，傳統的 SWIR 圖像傳感器使用凸塊連接，其中包括金屬球將像素內的磷化銦層與硅層連接起來。為了使用凸點連接減小像素尺寸，需要將金屬球精確對準微米級的凸點間距，這本身就很難實現。這一技術難點阻礙了像素的小型化，導致圖像傳感器價格上漲。

　　正因為考慮到使用凸塊連接阻礙了 SWIR 圖像傳感器的小型化。索尼使用 Cu-Cu 連接來解決這個問題，這是索尼多年來為圖像傳感器開發的堆疊技術。按照索尼的說法，在堆疊背照式 CMOS 圖像傳感器部分（頂部芯片）和邏輯電路（底部芯片）時，通過連接的 Cu（銅）焊盤提供電連續性的技術。與通過貫穿像素區域周圍的電極實現連接的硅通孔 （TSV） 布線相比，這種方法提供了更多的設計自由度、提高了生產率、允許更緊湊的尺寸并提高了性能。這項技術將使以微間距對齊像素成為可能。

　　同時，傳統的圖像傳感器使用硅作為光電轉換層，但這種材料不吸收 SWIR 范圍的光。因此，索尼使用砷化銦鎵 （InGaAs） 作為能夠吸收 SWIR 光譜并將光能轉換為電信號的光電二極管材料。這種材料以前從未用于索尼的圖像傳感器中，但是，索尼的另一個部門擁有生產 InGaAs 的化合物半導體技術。

　　此外，集團擁有將光能轉換為數字信號的電路技術。事實上，索尼已經掌握了應對挑戰的必要技術，包括 SWIR 圖像傳感器所需的化合物半導體技術。索尼認為，通過結合這些技術，有可能以前所未有的微型規模實現 SWIR 圖像傳感器，并增加像素數。

　　索尼表示，公司已經相信該集團的技術專長能夠取得成功，因此他們專注于部署集團的技術，使最終的圖像傳感器對客戶有用。索尼做的第一件事是采用列并行 A/D 轉換電路，這是一種為 CMOS 圖像傳感器技術開發的技術，將 SWIR 圖像傳感器輸出數字化。這消除了相機制造商為后處理提供 A/D 轉換組件的需要。它還有助于解決索尼競爭對手產品必須解決的圖像質量問題。因此，索尼相信它有助于顯著減少相機制造商的圖像編輯步驟。

　　索尼繼續指出，SWIR 圖像傳感器具有由 InGaAs 制成的光電二極管。制造 InGaAs 必不可少的磷化銦 （InP） 形成阻擋可見光的層。然而，索尼考慮采用的 Cu-Cu 連接在結構上允許減少 InP 層的厚度。這促使我們致力于開發一種獨特的 SWIR 圖像傳感器，該傳感器也能夠在可見光下捕獲圖像。

　　索尼進一步說到，這是集團有史以來第一個使用 InGaAs 開發的 SWIR 圖像傳感器，因此公司徹底審查了要解決的挑戰，在開發的早期階段就有 300 多個。隨著進一步深入開發，索尼發現了更多需要處理的問題。原來有這么多的挑戰等待著。還有一些 InGaAs 獨有的現象，這是硅所不知道的，我們不得不討論如何在最終產品中處理這些現象。

　　索尼最后說到，通過像素小型化增加的像素數帶來了巨大的好處。圖像傳感器能夠識別以前無法檢測到的極小損壞，從而提高檢測質量。數字化將使相機設計更容易，這反過來又有助于節約成本等，并使圖像傳感器對客戶來說更實惠。由于索尼相信能為世界帶來更好的質量檢測，索尼認為這款 SWIR 圖像傳感器將在其中發揮重要作用。

　　“我們的 SWIR 圖像傳感器具有集團廣受贊譽的特性，例如易用性、高性能等等。相信會在市場上引起轟動。我認為這些特性也將有助于為新應用鋪平道路。”索尼最后說。