삼성전자도 소니도…유기 CMOS 이미지센서 R&D 박차

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삼성전자도 소니도…유기 CMOS 이미지센서 R&D 박차

디지털데일리 발행일 2015-09-17 08:17:54

한주엽

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2013년 6월 일본 후지필름과 파나소닉이 공동 발표한 CMOS 이미지센서(왼쪽)의 모식도. BSI(Backside illumination) 구조에 수광부를 실리콘 포토다이오드에서 유기박막으로 대체했다. 오른쪽 그림은 일반 FSI(Frontside illumination) 이미지센서의 모식도다.

향후 2~3년 내 유기(Organic) CMOS 공정으로 생산된 차세대 이미지센서가 본격 양산될 것으로 전망된다. 해당 공정으로 생산된 이미지센서는 빛을 받아들이는 능력이 기존 제품 대비 뛰어나 사진 결과물 품질 향상, 슬림화를 통한 모듈 크기 축소 등 다양한 이점이 갖출 것이라고 전문가들은 설명했다.

17일 관련 업계에 따르면 삼성전자와 소니 등 주요 업체들은 유기 박막을 채용한 차세대 CMOS 이미지센서의 연구개발(R&D)에 한창이다. 삼성전자를 비롯한 캐논, 파나소닉, 후지필름도 R&D에 적극 나서고 있다. 이들 업체들은 최근 들어 관련 기술 특허 출원에 주력하고 있다. 후지필름과 파나소닉의 경우 지난 2013년 6월 개최된 2013 초고집적회로(VLSI) 국제학회에서 관련 연구 성과물을 공개한 바 있다. 물론, 현재까지 관련 제품이 양산된 적은 없다. 세계 이미지센서 1위 업체인 소니의 경우 2017년 양산화를 목표로 잡고 있는 것으로 전해진다.

유기 CMOS 이미지센서란 실리콘 소재 기반의 포토다이오드를 유기 박막으로 대체한 제품을 의미한다. 이미지센서의 포토다이오드는 빛(전하)을 받아들여 저장하는 역할을 한다. 유기물은 실리콘 기반 포토다이오드 대비 빛 흡수 능력이 높아 얇은 막 형태로 제작이 가능하다. 기존 실리콘 포토다이오드 대비 빛을 받아들이는 수광부의 두께를 더 얇게 만들 수 있다는 의미다. 수광부 두께가 얇아지면 렌즈를 통해 들어오는 빛의 각도(입사각)을 더 넓힐 수 있다. 유기 CMOS 이미지센서는 픽셀 크기를 작게 만들고, 보다 밀도를 높였을 때 (고화소) 발생할 수 있는 색 간섭, 노이즈 증가 등의 문제가 기존 대비 덜하다는 것이 전문가들의 설명이다. 센서 두께 역시 전반적으로 얇아지는 덕에 렌즈 설계의 자유도가 높아진다. 이는 모듈의 소형화가 가능하다는 의미이기도 하다.

가장 큰 해결 과제는 원가절감이다. 유기물은 습기와 산소에 취약한 탓에 이를 보호하기 위해 무기 박막층을 얹어야 한다. 이 같은 공정 과정이 추가되면 단위 시간당 생산성이 떨어지기 때문에 원가가 올라갈 수 밖에 없다. 같은 이유로 신뢰성 확보 역시 중요한 해결 과제로 인식되고 있다.

업계의 한 관계자는 “삼성전자가 각 픽셀간 거리가 0.9㎛로 매우 짧은 유기 CMOS 이미지센서의 R&D를 진행하고 있는 것으로 안다”며 “소니도 비슷한 사양으로 R&D를 하고 있는데, 관련 제품이 양산되면 이미지센서 업계의 기술 판도가 크게 변화할 것”이라고 말했다.

<한주엽 기자>powerusr@insightsemicon.com