CMOS보다 4배나 강력한 이미지센서 나왔다

기존 CMOS방식의 이미지센서에 비해 감도가 4배가 되는 강력한 센서가 개발돼 이미지센서시장에 일대 회오리를 예고하고 있다.

씨넷은 21일(현지시간) 실리콘밸리의 한 벤처기업이 이같은 획기적 이미지센서를 개발, 내년도에 시장에 공급할 전망이라고 밝히며 디지털카메라,스마트폰용 이미지센서 시장재편까지 예고하고 있다고 보도했다.

보도는 이 이미지센서 개발로 스마트폰 구성요소 기술 가운데 가장 뒤처졌던 이미지촬영분야에서도 기술진전의 보조를 맞추게 됐다고 평가했다.

이 회사는 올 연말부터 샘플칩 생산에 나설 계획이다. 이후 통산 6~9개월 걸리는 양산공정에 들어갈 계획이다. 리 최고경영책임자(CEO)는 “이에따라 소비자들은 내년 중반께 이 칩이 장착된 제품을 사용할 수 있게 될 전망”이라고 말했다.

리 CEO는 “우리는 이미 최고수준의 휴대폰 회사 2개사와 함께 일하고 있다”고 말했지만 구체적으로 회사를 거명하길 거부했다.

■4배나 강력한 이미지 센서

인비시지(InVisage)라는 이 회사가 개발한 기술은 퀀텀필름(Quantum Film)이라는 기술로서 감광능력이 기존 실리콘반도체 이미지센서에 비해 4배나 강력한 것으로 알려졌다. 이는 이 센서가 낮은 조도에서도 훨씬 더 높은 감광도, 즉 메가픽셀을 보인다는 것을 의미한다.

이 회사의 제스 리 최고경영책임자(CEO)는 “우리는 ISO감도를 4배나 늘릴 수 있는데 예를 들면 작은 스마트폰용 3메가픽셀 센서를 가지고 12메가픽셀의 센서를 만들 수 있다”고 말했다.

그는 “이것이 이 기술의 핵심경쟁력”이라고 말했다. 그는 이 기술을 사용하는 것은 “사람들이 원하는 사진 대신에 컬러노이즈를 찍게 되는 일이 없다는 것을 의미한다”고 덧붙였다.

멘로파크에 소재한 이 회사는 22일(현지시간) 캘리포니아 팜스프링스의 시연회에서 이 제품을 소개한다.

특히 여기서는 1.1미크론의 픽셀센서에 의해 만들어지는 이미지를 시연할 계획이다.

리 CEO는 특히 이 기술은 실리콘칩 위에 새롭게 잘 조율된 감광층을 더함으로써 작동한다고 말했다.

그에 따르면 이 감광층은 들어오는 빛을 전기신호로 바꾸는데 훨씬 효율적이며 빛은 마이크로프로세서의 금속층에 의해 부분적으로 막히는 일도 없다.

인비시지의 리 CEO는 옴니비전의 부사장출신으로서 알테라 실리콘그래픽스출신이며, 최고기술책임자(CTO)테드 서전트는 크리에이티브랩 출신이다. 마케팅이사 마이크 헵 역시 옴니비전에서 일한 경력자다.

인비시지는 이 기술로 확고한 성장시자 수요가 많은 스마트폰시장부터 공략할 계획이다.

■TSMC와 협력, 기존 이미지센서 시장 재편까지 노려

인비시지는 자사의 접근 방식이 기존 방식을 한번에 뛰어넘어 하이엔드 휴대폰을 겨냥할 수 있는 접근 방식이라고 보고 있다. 또 초기 시장으로 하이엔드 휴대폰을 보고 있지만 이 기술은 일반 디지털카메라,시큐리티용 카메라, 군용 야간 망원경 등에서도 폭넓게 적용될 것으로 기대하고 있다.

인비시지는 이미지센서 시장을 재편할 수 있을 것이라는 기대감을 감추지 않고 있지만 바반드시 성사되리란 보장은 없다고 보도는 덧붙였다. 이는 이미 기존의 거대 칩제조전문기업

에 의해 성숙된 시장을 뚫어야 하기 때문이라는 것이다.

예를 들어 이 회사보다도 먼저 이미지 센서를 개발한 포비온(Foveon)이라는 이름의 또다른 실리콘밸리소재 이미지센서 벤처기업은 아주 약간의 성공을 거두었다.

대만 TSMC와 협력관계를 가진 옴니비전같은 경쟁사 역시 1.1마이크론픽셀을 가지고 있으며 이 프로세스는 서비미크론 픽셀에서도 작동할 것이라고 말했다.

인비시지는 록포트캐피털,찰스리버벤처,인터웨스트파트너,온포인트테크놀리지로부터 3천만달러의 펀드투자를 받고 있다. 30명의 직원을 보유한 이 회사역시 TSMC와 협력관계를 갖고 있다.

리 CEO는 “이 기술이 기존 생산공정에 어떤 추가 장비도 덧붙일 필요가 없으며 110나노공정만으로도 충분하다”고 말했다. 이 회사는 TSMC로부터 칩을 조달할 계획이다.

반면 옴니비전의 1.1마이크론픽셀센서는 이 특성을 갖도록 하기 위해 65나노공정을 갖춰야 하는 것으로 알려지고 있다.

리 CEO는 “우리는 전통적인 방식에 맞춰가려고 하며, 필름을 이 전통적인 프로세스에 맞춰가도록 개조하는 것이 가장 힘들었다“고 말했다.

■퀀텀도트 층이란

퀀텀도트란 엄밀하게 말하자면 ‘정확하게 나노미터크기로 만들어진 반도체입자’다. 또한 전통적인 이미지기술사이에서 샌드위치된 기술이라 할 수 있다. 구조를 보면 한쪽에는 전통적인 이미지센서 데이터를 읽기위한 전통적인 회로를, 다른 한쪽에는 각각 적,청색만을 받아들이는 컬러필터어레이를 가지고 있다. 이 크기를 조절함으로써 설계자들은 밴드갭으로 불리는 핵심반도체 속성을 바꾸게 된다.

밴드갭은 특정한 에너지의 덩어리로서 전자를 더높은 에너지준위로 끌어올리는 역할을 한다. 퀀텀필름의 물질은 특히 가시광선 광자(photon)에 민감하게 반응하도록 조정돼 있다.

전통적인 CMOS이미지 센서가 반도체 맨밑에 있는 실리콘반도체 층을 통해 빛을 받아들이는 반면 인비시지는 퀀텀필름 방식을 통해 가장 윗층에서 박막에서 정확하게 만들어진 퀀텀도트를 받아들이게 된다. 이는 빛을 보다 효율적으로 받아들이는데 월등한 효과를 가져다 준다.

■기존 카메라 센서는?

지금까지 파나소닉,소니,캐논,압티나 이미징, 옴니비전 같은 회사는 가능한 한 많은 빛을 카메라렌즈에 담으려 노력해 왔다. 무엇보다도이들은 빛을 포착하는 회로의 크기를 줄이려는 데 노력을 집중해 오면서 각 픽셀의 이른 바 ‘필팩터(fill factor)’를 증가시켜왔다.

지금까지는 센서디자인만을 바꿔왔기에 회로는 배면 발광으로 불리는 실리콘에 방해가 되지 않았다.

기존 설계자들은 이른바 갭리스(gapless)마이크로렌즈를 이용해 화소의 한 쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 빛을 이를 집광지역으로 모아주는 방식을 채택해 왔다. 그리고 센서제작자들은 이 방식으로 나름대로 성과를 거둬왔다.

실제로 이 방식을 통해 SLR카메라 감도를 ISO 10만2400까지 실현하는데 성공했다.

그러나 SLR카메라는 휴대폰에서는 물리적으로,비용상으로 사용할 수 없는 크고 비싼 센서를 사용해야만 했다.

이로 인해 자연히 휴대폰에서는 더 작은 메가픽셀을 보여주는 낮은 감도의 작은 센서를 사용할 수 밖에 없는 어려움을 겪고 있는 게 현실이다.

■3D로도 활용 수준까지 온 인비시지의 기술수준

인비시지 측은 “온포인트벤처스의 경우 군사기술과 연계돼 있어 이 기술이 군사분야에 활용되기를 기대하고 있다”고 말했다.

이 회사는 퀀텀도트기술을 이용해 적외선과 가시광선을 동시에 포착하는 연구를 진행하고 있다. 이 방식은 3D카메라에도 적용될 수 있는 재미있는 기술인데 사물까지의 변화하는 거리를 측정해서 카메라에서 물체까지 갔다가 돌아오는 시간을 측정하는 3D카메라 사진촬영용으로도 관심을 끄는 기술이다.

이는 마지막 찍힌 이미지에 있는 각 픽셀에 대한 거리데이터를 필요로 하는데 인비시지의 기술은 적외선 픽셀과 가시광선 픽셀을 조합하는 수준에 와 있다.

인비시지는 또한 기존의 적,녹,청의 분리된 픽셀의 시대를 넘어서려는 쪽으로 연구를 진행해 가고 있다.

이들의 접근 방식은 이른 바 ‘베이어패턴(Bayer pattern)으로서 픽셀의 그리드를 체커판모양으로 나누는 것이다. ’디모자이킹(demosaicing)‘으로 불리는 이 공정을 통해 카메라는 각 픽셀의 매긴 적,녹,청 가운데 잃어버린 값을 채우게 되는 것이다.

이 회사는 퀀텀필름의 3개층을 적층할 수 있을 것으로 믿고 있다. 즉, 청색을 맨 윗층에, 그아래 녹색을, 그리고 맨 밑바닥층에 적색을 적층해 각 픽셀위치에서 3개의 빛을 포착해 낼 수 있을 것으로 보고 있다.

또다른 가능성은 퀀텀도트를 컬러어레이로 패턴화해 넣는 것이다.

어떤 방식이든 간에 기존 이미지센서의 맨위에있는 필터어레이를 제거해 더 많은 빛을 센서를 통해 받을 수 있게 하는 접근법이다.