ソニー2層トランジスタ画素の初搭載機｜初搭載はXperia 1 Vの主カメラ

Sonyの2層トランジスタ画素とは、フォトダイオードと画素トランジスタを上下の別の層に分けた画素構造を指す。この画素は、2021年12月16日の技術発表¹から約17か月後の2023年5月11日に、Sony ElectronicsがXperia 1 Vの主カメラの積層CMOSイメージセンサーとして発表した²。米国での最初の出荷は2023年7月28日だった。一方、2026年10月に閲覧したSonyのスマートフォン向けセンサー「LYTIA」の製品一覧³に並ぶ型番15個のうち、2層画素（2-Layer Pixel）の欄に印が付くのはLYTIA T808だけだ。

一覧で2層画素の印が付くT808の画素は1.12 µmだ。Sonyは2層トランジスタ画素を、画素を小さくしても撮像特性を大きく改善できる構造⁴と位置づける。Sonyの技術者の論文は、0.7 µm、1.0 µm、0.6 µmの画素でこの構造を試作している。仕組みの基本は2層トランジスタ画素の入門記事にまとめた。

技術発表から約17か月後に製品が発表され、2021年から2023年の学会論文はT808より小さい画素の試作を報告している。

最初の製品は、2023年5月発表のXperia 1 Vの主カメラだった

Sony Electronicsは2023年5月11日、Xperia 1 Vを2層トランジスタ画素の積層CMOSイメージセンサーを載せた初めての旗艦スマートフォン²と発表した。センサーの名前は「Exmor T for mobile」で、24 mmのレンズの主カメラに使う。センサーはXperia 1 IVの約1.7倍の大きさだ。米国では同日に予約を受け付け、価格は約1,399.99ドル、最初の出荷は7月28日とした。

Sony Electronicsは、Xperia 1 Vの新しいセンサーについて、暗所性能が約2倍、飽和信号量が約3倍²と説明する。比べる相手は前機種Xperia 1 IVの24 mmレンズ用センサーで、センサーの大きさも違う。Sony Semiconductor Solutionsが画素構造の効果として示す1 µm角換算で飽和信号量が約2倍は⁴、これとは別の比較である。

技術発表から製品の発表までは約17か月だった。Sonyの技術者は2021年12月11日に始まったIEDM 2021で⁵、画素ピッチ0.7 µm、6752×4928画素の裏面照射型センサーを試作して動作を確かめたと報告している。画素チップと回路チップをつなぐSonyの量産技術は、hybrid bondingの量産の記事で扱っている。

2026年のLYTIAの一覧で2層画素の印が付くのは、型番15個のうちT808だけ

Sony Semiconductor Solutionsは、スマートフォン向けのイメージセンサーをLYTIAのブランドで売る。2026年10月に閲覧した製品一覧には³、光学サイズ、画素サイズ、有効画素数とともに「2-Layer Pixel」の欄がある。一覧に並ぶ型番15個（710と700Cは1行に併記）のうち、この欄に印が付くのはLYTIA T808（1/1.43型、画素1.12 µm、5,200万画素）だけだ。

機種	光学サイズ	画素サイズ	有効画素数	一覧に載る主な機能
LYTIA T808	1/1.43型	1.12 µm	5,200万	2層画素、DCG-HDR、全画素AF
LYTIA L910	1/1.28型	1.22 µm	5,000万	Luminous HDR、TCG w/LOFIC、UHCG
LYTIA 901	1/1.12型	0.7 µm	2億	HF-HDR、DCG-HDR
LYTIA 900	1/0.98型	1.6 µm	5,000万	DCG-HDR

同じ一覧で、L910には「Luminous HDR」の印があり、Sonyはこれを1回の露光で16 EVのダイナミックレンジを得る性能と注記している。同じページは、1回の露光でためた電荷を3つの利得で読み出して合成するUHCG w/3HDRも、白飛びと黒つぶれを抑える機能として紹介する。一覧の上では、ダイナミックレンジを広げる手段として、2層画素のほかにこうした機能が並んでいる。

学会論文は、T808の1.12 µmより小さい0.6〜1.0 µmの画素で試作を報告している

Sonyの技術者は2021年から2023年にかけて、T808の1.12 µmより小さい画素で2層トランジスタ画素を試作した論文を出している。

2022年6月のVLSIシンポジウムでは、画素1.0 µmのデュアルPD構造で飽和信号量12,000電子を示した⁶。画素を分離する溝の埋め込みを多結晶シリコンから酸化シリコンに替え、波長530 nmの量子効率を19%上げたとも報告している。

2023年6月のVLSIシンポジウムでは、画素トランジスタ層に不純物を入れないフィン型トランジスタを使い、相互コンダクタンスを2.42倍にし、ランダムノイズを15%、ランダムテレグラフ信号を99.3%減らした⁷。2023年のIISWでは、画素0.6 µmで飽和信号量8,000電子、ランダムノイズ0.99電子、ダイナミックレンジ78.1 dB⁸を報告した。

Samsungも2023年12月のIEDMで、フォトダイオード、画素トランジスタ、回路をそれぞれ別のウェーハに作って重ねる画素0.5 µm、6,400万画素の3層積層センサー⁹を発表した。画素の中でフォトダイオードとトランジスタを別の層に分ける考え方は、Sony以外の論文にも出ている。製造方法の違いは2層トランジスタ画素の製造工程の記事で比べた。

関連ページ

• 装置・品質Sonyの2層トランジスタ画素で約2倍になるのは飽和信号量
• 装置・品質2層トランジスタ画素の製造工程
• 後工程hybrid bondingの量産はイメージセンサー、3D NAND、CPUで始まっている
• 用語集CMOSイメージセンサー
• 用語集積層型イメージセンサー
• 企業研究企業研究：ソニーセミコンダクタソリューションズ

出典

9件を表示

1. 1
   Sony Semiconductor Solutions：2層トランジスタ画素の積層CMOSイメージセンサー技術の開発発表（2021年12月）sony-semicon.com ↩
2. 2
   Sony Electronics：Xperia 1 Vの発表と出荷日（2023年5月）sony.mediaroom.com ↩abc
3. 3
   Sony Semiconductor Solutions：スマートフォン向けイメージセンサーLYTIAの製品一覧（2026年10月閲覧）sony-semicon.com ↩ab
4. 4
   Sony Semiconductor Solutions：2層トランジスタ画素の技術解説sony-semicon.com ↩ab
5. 5
   IEEE IEDM：Sonyの技術者によるCMOSイメージセンサーの3D順次積層（2021年12月）doi.org ↩
6. 6
   IEEE VLSI：Sonyの技術者による酸化膜溝分離の2層トランジスタ画素（2022年6月）doi.org ↩
7. 7
   IEEE VLSI：Sonyの技術者によるフィン型画素トランジスタのノイズ改善（2023年6月）doi.org ↩
8. 8
   IISW：Sonyの技術者による0.6 µm画素の2層トランジスタ画素（2023年）imagesensors.org ↩
9. 9
   IEEE IEDM：Samsungの技術者による0.5 µm画素の3層積層センサー（2023年12月）doi.org ↩