什么是堆栈 什么是堆栈式CMOS传感器

一、理解堆栈的概念

在计算机科学的世界里，有一个神奇的数据结构名为堆栈。它是一种有序集合，仿佛是由若干个存储单元（或寄存器）组成的，顺序存放着一组元素。这些元素是如何存放和取出的呢？答案是按照"先进后出"（FILO）或"后进先出"（LIFO）的原则，也就是说数据只能从栈顶一端进入和离开。这样的设计使得它在程序调用、子程序嵌套和递归调用等方面扮演着重要的角色，同时也用于中断技术中保存关键的"断点"和"现场"，并帮助我们简化指令结构，降低硬件的复杂度。

二、深入堆栈式CMOS传感器技术

在图像传感器技术领域中，有一种被称为堆栈式CMOS（Stacked CMOS或积层式CMOS）的技术引起了广泛的关注。这项技术首次亮相于2012年8月的OPPO Find 5手机，给人留下了深刻的印象。它的核心设计理念是将像素层与处理电路层完全分离，并通过垂直堆叠的方式实现硅键合。这样的设计带来了许多创新之处。

技术特点与优势

与传统的传感器相比，堆栈式CMOS传感器在结构上进行了大刀阔斧的改革。它将像素部分和电路部分分别独立优化，通过多层硅片的堆叠实现（如三星采用的3层结构：光电层、信号处理层及逻辑层）。利用TSV（硅通孔）技术，实现了层间的连接，传输密度高达3.4Gbps/mm。这一技术的优势在于显著提升数据读取速度（可达1/270秒），支持高速连拍与8K视频录制，并可实现像素合并技术（如0.5μm像素合并），信噪比得以提升3倍。

与其他传感器类型的对比

与前照式（FSI）CMOS相比，前照式的电路层位于感光二极管前方，导致光线损失严重（仅利用约70%），而堆栈式则通过分离电路与像素层实现了更高的性能。与背照式（BSI）CMOS相比，背照式将电路移至感光层下方，提高了光线利用率，但堆栈式在BSI的基础上进一步创新，通过多层堆叠实现了更高集成度。尽管背照式结构更简单，更容易优化动态范围，但堆栈式的性能优势仍然显著。

应用场景与未来技术演进

堆栈式CMOS传感器的应用场景广泛，如运动抓拍（如佳能R3支持60fps连拍）、手机摄影（如三星HP2传感器启用4×4像素合并时信噪比提升4倍）以及新兴设备（如传闻中的奥之心OM-5 II可能搭载堆栈式CMOS）。在技术演进方面，堆栈式技术正朝着更复杂的多层结构发展，未来可能出现4层堆叠设计，并集成DRAM缓存以实现全域快门（如支持120fps连拍）等先进技术。光子晶片等融合技术也将为堆栈式CMOS传感器带来新的突破和可能性。