Sungsoo Choi (à esquerda) do Centro de P&D de Semicondutores e Myoungoh Ki da Equipe de Desenvolvimento de Sensores Avançados do Negócio de Sistema LSI da Samsung Electronics que desenvolveu o ISOCELL HP3
As lentes do tamanho de uma unha que são encontradas em dispositivos móveis evoluíram extraordinariamente desde que foram criadas. Depois de se tornar a primeira empresa do setor a lançar sensores de imagem CMOS (CIS) com 108 e 200 megapixels em 2019 e 2021, respectivamente, a Samsung Electronics surpreendeu o mercado mais uma vez com o ISOCELL HP3, um sensor de imagem com 200 milhões de pixels de 0,56 micrômetros (μm), os menores pixels da indústria*.
A Samsung é líder em tecnologias de sensores de imagem com designs inovadores de semicondutores que podem capturar imagens impressionantes com grandes quantidades de pixels. Com o anúncio da produção em massa do sensor de imagem de ultra definição ISOCELL HP3 , a empresa passa a comercializar o desenvolvimento de sensores de imagem de 200MP com pixels ultrapequenos.
Para saber mais sobre como a Samsung desenvolveu este sensor de imagem de pixel de ultra definição líder do setor, a Samsung Newsroom conversou com Myoungoh Ki e Sungsoo Choi, desenvolvedores do Negócio de Sistema LSI e do Centro de P&D de Semicondutores, respectivamente, que desempenharam um papel de liderança no desenvolvimento do novo ISOCELL HP3.
Menor e melhor: a primeira empresa do setor a comercializar pixels de 0,56μm
Um sensor de imagem é um sistema semicondutor que converte em sinais digitais a luz que entra no dispositivo por meio da lente da câmera. De câmeras digitais e smartphones a laptops e carros, os sensores de imagem são integrados a todos os produtos eletrônicos que possuem uma câmera. O ISOCELL HP3 que a Samsung recentemente revelou é um sensor de imagem que contém 200 milhões de pixels de 0,56μm, os menores pixels da indústria, em um formato1 óptico de 1/1,4”.
Desde 2019, a Samsung conseguiu reduzir anualmente o tamanho de pixel para corresponder ao menor tamanho do setor. Pixels menores são necessários para manter os dispositivos finos.
“Com um tamanho de pixel unitário menor, o tamanho físico do sensor e do módulo pode ser reduzido, permitindo que o tamanho e a largura da lente também sejam menores”, explicou Ki. “Isso pode eliminar elementos que interferem no design do dispositivo, como uma câmera que se projeta, além de poder reduzir o consumo de energia.”
Imagem meramente ilustrativa
Enquanto pixels menores permitem que os dispositivos sejam mais finos, manter a qualidade da imagem com pixels menores é fundamental. Desenvolvido com tecnologia de ponta, o ISOCELL HP3, que possui um tamanho de pixel 12% menor que o modelo ISOCELL HP1, pode reduzir em até 20% a área de superfície do módulo da câmera em um dispositivo móvel. Apesar de seu tamanho de pixel menor, o sensor foi desenvolvido usando tecnologia que maximiza a capacidade total da absorção de fótons (FWC) e minimiza a perda de sensibilidade. Além disso, novos recursos foram adicionados ao sensor, incluindo foco automático para todos os pixels e funções que permitem a produção de vídeo de alta velocidade, juntamente o aprimoramento de cores.
Maiores absorção de luz e capacidade de fotodiodo usando recursos tecnológicos exclusivos
Um tamanho de pixel menor é ideal para criar dispositivos menores e mais finos, mas isso pode resultar em menos luz capturada pelo dispositivo ou até interferências entre pixels adjacentes. Apesar desses desafios, a Samsung conseguiu utilizar os menores pixels da indústria para criar um novo e inovador sensor.
“Tudo graças às capacidades tecnológicas proprietárias da Samsung”, disse Ki. “A tecnologia inovadora da Samsung é capaz de fornecer alto desempenho mesmo em dispositivos muito menores.”
A Samsung conseguiu criar paredes físicas entre pixels mais finos e profundos usando sua tecnologia proprietária chamada de isolamento de vala profunda Full Depth (DTI), garantindo alto desempenho mesmo com 0,56μm. DTI, a tecnologia chave do ISOCELL, cria um componente isolado entre os pixels, atuando como uma parede para evitar a perda de luz e melhorar o desempenho óptico. O desenvolvedor Choi comparou essa tecnologia à construção de uma barreira fina entre as diferentes salas de um prédio.
“Em termos leigos, é o mesmo que tentar criar uma parede mais fina entre o seu quarto e o quarto ao lado sem afetar o nível de isolamento acústico”, explicou Choi.
A chave para o DTI é criar paredes de silicone mais finas e profundas para aumentar o ISO e reduzir a diafonia2, pois componentes de isolamento maiores entre os pixels significam uma maior perda de luz. Ao aplicar essa técnica aos pixels de 0,56μm, a Samsung aumentou a absorção de luz e maximizou a capacidade do fotodiodo (PD). Portanto, a utilização de pixels ultra pequenos tornou-se possível, pois mais luz por pixel pode ser armazenada e processada mesmo com uma área receptora de luz menor.
O recurso de foco automático para todos os 200 megapixels oferece maior velocidade e precisão
A tecnologia Super Quad Phase Detection (QPD), que foi usada pela primeira vez no HP3, permite que todos os 200 megapixels foquem ao aumentar a intensidade do pixel de foco automático para 100%. O Super QPD oferece um recurso de foco automático mais rápido e preciso, utilizando uma lente em quatro pixels, permitindo a medição de todas as diferenças de fase dos lados esquerdo, direito, superior e inferior do sujeito fotografado. Não só o foco automático é preciso mesmo quando está escuro, mas a alta definição é mantida mesmo quando ampliada.
Para resolver o problema da baixa qualidade de imagem em ambientes com pouca luz, a Samsung utilizou a inovadora tecnologia de pixel para garantir imagens de alta qualidade. “Utilizamos uma versão atualizada da tecnologia Tetra2 pixel proprietária da Samsung, que combina quatro ou 16 pixels adjacentes para operar como um pixel grande em ambientes com pouca luz”, disse Choi. A tecnologia de pixel atualizada permite filmagens de alta resolução em 8K a 30 quadros por segundo (fps) e em 4K a 120fps sem perda no campo de visão. Além disso, é possível filmar vídeos 8K em resolução ultra-alta com o mesmo campo de visão de quando se registra fotografias.
Semelhante a ambientes com pouca luz, também é difícil tirar fotos quando há muita luz solar. Para lidar com esse problema, é necessária uma tecnologia exclusiva para ajustar os níveis nas fotos e capturar a imagem corretamente. “Quando há muita ou pouca luz, é importante aumentar o alcance3 dinâmico para registrar uma foto natural que se pareça com o que vemos com nossos olhos”, disse Ki. “Ao usar a tecnologia Smart-ISO Pro, que usa dois ganhos de conversão, e o recurso Staggered High Dynamic Range (HDR)4, que transforma três quadros com exposições diferentes (exposição curta, exposição média e exposição longa) em um, ele habilita a criação de fotografias HDR que gera imagens naturais mesmo ao fotografar em condições de iluminação imperfeitas, o que proporciona um resultado ideal.”
Colaboração: a chave para superar limitações técnicas e permitir um desenvolvimento rápido
Durante a criação do ISOCELL HP3, os desenvolvedores enfrentaram vários desafios técnicos. “Como este foi o primeiro produto que utilizou a tecnologia Super QPD, houve muitas tentativas e erros ao utilizar uma nova estrutura que não podia ser encontrada no Front Deep Trench Isolation (FDTI) existente, e também enfrentamos problemas que não foram previstos em cada estágio de desenvolvimento”, disse Choi.
Apesar de um processo de desenvolvimento tão difícil, o novo sensor foi anunciado menos de um ano após o lançamento do modelo anterior. Os dois desenvolvedores atribuíram esse rápido desenvolvimento e lançamento do produto à colaboração entre diferentes equipes.
“Sempre que enfrentamos um problema técnico, respondemos cooperando estreitamente com diferentes divisões de negócios, nossa equipe e até centros de pesquisa no exterior”, disse Ki. “Conseguimos criar sinergia adicionando know-how a produtos de primeira linha, como chips de memória do centro de P&D de semicondutores, chips lógicos e muito mais. Este novo produto pode ser o maior esforço colaborativo entre diferentes departamentos até agora, incluindo funcionários do Centro de P&D de Semicondutores, Equipe de Desenvolvimento de Pixel, fundição, pesquisadores do SSIR e todos os grupos da equipe de desenvolvimento avançado, como design de sensor, pixel, solução, tecnologia de produto, fabricação e algoritmo.”
Orgulho em liderar a proeza técnica: liderando o mercado de sensores de imagem
Embora se espere que o mercado de sensores de imagem experimente um rápido crescimento devido ao aumento da demanda por câmeras e à diversificação de produtos relacionados, a Samsung está definindo tendências para câmeras no mercado de sensores móveis de imagem de próxima geração, superando as limitações da miniaturização de pixels. A Samsung Newsroom perguntou aos dois desenvolvedores como eles se sentiam ao liderar o desenvolvimento técnico do ISOCELL HP3, o primeiro sensor de imagem de 200MP do setor a usar pixels de 0,56μm.
“Tenho muito orgulho de estarmos criando tendências no mercado de sensores de imagem e estou confiante de que continuaremos a liderar as tecnologias de micropixels”, disse Choi. “Como as aplicações de sensores de imagem estão se tornando mais difundidas em vários setores, como realidade aumentada (RA), realidade virtual (RV) e indústria automobilística, além da indústria de smartphones, lideraremos o desenvolvimento de tecnologias e mercados futuros baseados em nossas capacidades tecnológicas únicas”, disse Ki, compartilhando suas ambições futuras.
A Samsung criou com sucesso dispositivos ultrapequenos que capturam imagens em alta definição por meio de sua inovadora tecnologia de sensor de imagem. A Samsung continuará a liderar o mercado de sensores de imagem por meio de suas inovações exclusivas, como o sensor de imagem ISOCELL, que oferece experiências avançadas e otimizadas aos seus usuários.
* Menores pixels da Samsung.
1 O diâmetro da área que é capturada através da lente da câmera.
2 Um fenômeno onde a luz interfere com os fotodiodos de pixels adjacentes.
3 A proporção entre as partes mais claras e mais escuras em uma imagem digital.