2020年8月，其时商场研讨机构Omdia的数据显现，索尼和三星之间的CMOS图画传感器的全球商场比例距离已大大缩小。

索尼的全球商场比例在2019年第三季度高达56.2％，后续却一路走低，在2020年第二季度下降至42.5％。但三星的商场比例不降反升，从16.7％上升至21.7％，和索尼的比例距离从39.5个百分点缩小至20.8个百分点。

同年另一个研讨机构Yole的商场数据也显现，索尼商场比例缩小至40%，三星比例扩展至22%，而豪威也添加至11%，两家合力从索尼身上割肉。

其时也有不少媒体宣告了感概，索尼作为商场龙头的风貌不再，三星和豪威后来者居上，有望分割索尼大部分商场比例，索尼半导体部分危矣，日本半导体又一次被韩系厂商击落。

现在现已是2023下半年，三年时刻曩昔，现在的图画传感器商场又是怎样一番现象呢？

依据Yole发布的最新数据，2023年CIS商场具体厂商排名中，索尼继续稳坐*的方位，其商场比例回升至42%；排名第二的是三星，商场比例降至19%；豪威集团（Omnivision）的商场比例则回落至11%，挨近疫情前的水平。

索尼克复了疫情前的大部分失地，而三星和豪威辛辛苦苦好几年，一朝回到疫情前，乃至还把一部分商场比例拱手让给了其他厂商，这是很多人未曾想象的情形。

索尼的CIS终究呈现了什么问题，让三星豪威腐蚀了商场，又是凭仗什么能够继续占有近半壁河山而不动摇呢？

从CCD到CMOS

索尼和图画传感器的缘分始于七十年代，其时，美国贝尔实验室又发明晰CCD (电荷耦合元件)，而在次年，索尼的一位工程师就对这项技能发生了浓厚兴趣，并开端了对CCD的研讨。并成功用64像素的CCD完结了字母“S”的投影，此事终究得到了索尼高层的注重，并正式立项，CCD作为“电子眼”的开发作业自此开端。

索尼的CCD研发部分开端考虑：“能否研宣告一种半导体，能够将从镜头射入的光转化为电气信号，并用该信号制作出图画。”“假如能够以较低的本钱制作出CCD图画传感器，摄像机的价格也会相应地下降。如此一来，摄像时机遍及至普通家庭，拍照、摄像会成为普通人的趣味，成为人们日子的一部分。”

在索尼开发CCD的过程中，简直一切进行相同项目的竞争对手，都因为技能难度太大挑选了退出，而索尼则是在压下了内部的质疑声后，用MCZ结晶办法克服了像素中尘埃污染的问题，成功在厚木市工厂开端出产12万像素CCD。

1979年，新式CCD以“ICX008”的名义开端商业化（到此刻索尼在该项目总出资已达200亿日元），1980年头，世界上*台CCD相机——XC-1正式诞生，这台相机曾拍照了全日空巨型飞机的起飞、着陆状况，并放映给机舱内乘客。

不过，此刻因为还未树立无尘洁净室，CCD易遭到污染，然后导致产值极低，完结订单二十六台相机所需的五十二个CCD芯片需求花费一年时刻，单块芯片的价格也高达317000日元。

在排除万难处理洁净问题后，1983年索尼总算完结了CCD的大规模出产，并于1985年头推出了*搭载25万像素CCD芯片的8毫米家用摄像机——CCD-V8。1989年，索尼出售8毫米摄像机逐个“CCD-TR55”，并大获成功、风行一时，该机型极端轻盈，分量仅为790克，是当之无愧的“Handycam（掌中宝）”。此次成功成为了索尼图画传感器事务取得腾跃的关键。

1996年，索尼推出了Cyber-shot系列的DSC-F1，搭载35万像素CCD的它成为了索尼*款数码相机，同年索尼还宣告了正式开发CMOS图画传感器（CMOS Image Sensor，即CIS）。

2000年，索尼成功出产出了自己的*款CMOS图画传感器（IMX001），关于索尼来说，CMOS具有一些CCD所不具有的优势，即低功耗、低本钱、高速率，更广的适用规模让它成为了新时代的宠儿。

索尼此刻面临着和最初英特尔相同的挑选，保大仍是保小的难题又一次摆在了咱们面前，后者曾决断抛弃DRAM，全力押注CPU，终究成为半导体霸主，而前者此刻还在CCD商场中占有*比例，相机厂商还在不断追加订单，面临新技能和旧技能打架的状况，索尼思虑了好久，终究仍是挑选了未来远景更宽广的CMOS。

2004年，索尼决议中止出资添加 CCD 的产值，将后续出资要点放在开发 CMOS 图画传感器上，而在全面转向CMOS之后，索尼在该范畴的技能更新简直达到了井喷式的地步：

2007年，索尼将装备共同列A/D转化电路的CMOS图画传感器商业化，完结了高速和低噪声；2009年，索尼将背照式CMOS图画传感器商业化，其灵敏度是传统产品的两倍，功用现已逾越了人眼；2012年，索尼将堆叠式CMOS图画传感器商业化，经过像素部分和信号处理部分的堆叠结构完结了高分辨率、多功用和小型化，并于2015年在全球首要将其商业化……

尽管听上去很轻盈，但索尼的CMOS之路走得比CCD要崎岖得多，原因无他，坚守CCD商场的日系厂商目光远没有后来那么久远，和90年代的五大日本半导体厂相同，既然在自己一亩三分地能够活得润泽，那为什么要冒着危险去测验自己所不熟悉的范畴呢？

CMOS技能的有利地势还在美国，1990年代前期，坐落美国加州Pasadena的JPL开端CMOS图画传感器的研讨，终究1990年代中期催生了Photobit公司，并于2001年被美光半导体（Micron Technology）收买。

在收买之前，Photobit 的 CMOS 传感器现已搭载于罗技和英特尔出产的网络摄像头之中，因为技能大部分源于美国，美光和豪威更简略获取到技能授权，前期 CMOS 传感器商场也由这部分美国制造商主导，在阅历日本厂商的长时刻控制后，美光和豪威时刻短地夺回了商场比例。

不过CMOS终究仍是需求一个宽广的运用商场，而美国此刻现已没有大规模的数码相机厂商来和日系厂商竞争了，依据Yole的查询，2009年时CMOS商场排名前五的厂商，别离是Aptina imaging（美光子公司）、索尼、三星、豪威和佳能，美日韩三分商场。

真实改动美日厂商之间比照，是消费商场的风向改变，智能手机的兴起，敏捷揉捏着数码相机的生存空间，数码相机从全球年销量1亿余台快速滑落，而智能手机却以一条猛然上升的直线，敏捷成为了一切传感器厂商眼中的香饽饽。

而前期智能手机里，最受重视的天然便是苹果iPhone，得iPhone者得CMOS全国，而苹果的挑选呢？

初代iPhone和iPhone 3G挑选的是美光旗下的Aptina imaging，这一点倒也不难理解，作为美国本乡公司，又是CMOS商场的*，拥有着更为老练的技能，本钱相对也较低，成为协作伙伴好像便是瓜熟蒂落的工作。

但美光在2008年之后遇到了大难题，韩系厂商在内存上搞起了反周期出资，尔必达走到了破产的边际，美光也没好到哪里去，终究不得已拆分Aptina imaging，母公司都没钱了，子公司当然也没什么时机对技能进行更迭了。

苹果的第二任是豪威，iPhone 3GS和iPhone 4均搭载了豪威的传感器，相同是美国的CMOS厂商，挑选它的理由简略而又粗犷，豪威的传感器支撑主动对焦，而前两代运用 Aptina 传感器的 iPhone 均为固定焦点，不支撑主动对焦，都智能手机了，不支撑主动对焦就像是瘸了一条腿，也没办法让顾客满意。

而苹果终究一任也是现任，便是索尼了，从iPhone 4s到最新的iPhone 14 Pro Max，后置摄像头清一色的索尼，从上图的咱们也能看到，索尼在背照式传感器上的开展显着比OV更快，前一代刚爬升至500万像素，后一代索尼现已能做到800万像素，单个像素尺度做到了1.4微米，因此得到了苹果的喜爱。

上了苹果这艘大船后，索尼的CMOS可谓是顺风顺水，跟着iPhone在全球的热销，敏捷带起一股索尼CMOS图画传感器的风潮，从国内的华米OV，到海外的三星LG等厂商，纷繁用上了索尼牌CMOS，而索尼也自此确认了业界的霸主位置。

精雕细镂的CMOS

事实上，索尼能够在CMOS开展里做到后来者居上，有利地势有利地势缺一不可。

有利地势指的是半导体周期的改变，迫使美光退出CMOS传感器商场，而有利地势呢，便是索尼在图画传感器范畴作为IDM厂商的优势，OV作为Fabless厂商，依托的是台积电代工，难以快速迭代技能，敏捷在智能手机商场中掉队。

而索尼产研一体，能够敏捷针对商场改变推出相对应的产品，如2012年索尼创始的仓库式CMOS图画传感器：

图画传感器主要有两部分构成，像素部分是将光转化为电气信号的部分，而线路部分则是处理这些信号的部分，经过技能改进，索尼将两部分安装为同一基板上，运用有信号处理电路的芯片代替了之前常见的背照式CMOS图画传感器中的支撑基板，在芯片上堆叠构成背照式CMOS元件的像素部分，然后完结了在较小的芯片尺度上构成很多像素点的工艺。

更关键是，因为像素部分和电路部分是独立规划的，因此像素部分能够针对高画质优化，电路部分能够针对高功用优化，在确保印象画质的前提下，还能大幅进步成像速度，一起还缩减了传感器体积，天然契合于智能手机，在2012年Find X5首发之后，敏捷在干流手机厂商中得到遍及，IMX加后缀的传感器成为了旗舰代名词。

2017年，索尼又在原先双层仓库的结构上，再添加一层DRAM芯片——用以进步CMOS数据处理速度，然后推出了三层仓库式产品IMX400。

相较于双层仓库，三层仓库*的特色便是在像素和电路层中心，加入了DRAM层，为了完结高速数据读取，用于将模仿视频信号从像素转化为数字信号的电路从2层结构倍增到4层结构，以便进步处理才干，而运用DRAM来暂时存储高速读取的信号，使得能够以规范标准中的*速度输出数据。

依据索尼官方供给的数据，装备了DRAM的传感器可完结快速数据读取速度，能够捕获高速运动中的物体的最小失真度的静止图画，还支撑在全高清（1920 x 1080像素）形式下拍照1000帧/秒（约比传统产品快8倍）的视频，完结超慢回放。

当年索尼的Xperia XZ Premium在搭载了IMX 400的状况下，能够完结960帧的慢动作视频录制，将以只要专业设备才具有的功用带到了细巧的手机之上，并且这项功用仅限于索尼CMOS，一起期的三星豪威并没有对标的产品。

2021年12月，索尼宣告成功开宣告全球创始的CMOS图画传感器技能，新技能能够有用处理昏暗差（例如背光环境）场景和光线缺乏（例如夜间环境）场景的各种问题。

之前的仓库式CMOS的光电二极管和像素晶体管散布于同一基片，而索尼这项新技能则将两者别离在不同的基片层，然后使得对这两者的独立优化成为了或许；然后让饱满信号量得到翻倍进步，并扩展了动态规模。

此外，因为传输门以外的像素晶体管，包括复位晶体管、挑选晶体管和扩大晶体管，都处于无光电二极管散布的那一层，所以扩大二极管的尺度能够添加，然后大幅改进了暗光环境下图画简略发生噪点的问题。

依据TechInsights 的拆解，索尼 Xperia 1V 上首发搭载的“双层晶体管像素堆叠式” IMX888，传感器巨细为 11.37 x 7.69mmm，总像素为 4800 万，单个像素距离为 1.12 µ m ，每一个像素都选用左右光电二极管排列的结构，以完结 PDAF 对焦。

拆解显现，IMX888有三层有源硅，图画信号处理器（ISP）运用直接键合接口（DBI）堆叠到 "第二层"CMOS 图画传感器（CIS）上。图 1 显现了阵列的 SEM 截面图。光线经过微透镜和五颜六色滤光片从图画底部进入。每个像素由光栅（复合层）离隔，以进步量子功率。每个光电二极管之间选用前端深槽阻隔。该层还有一个平面传输栅，用于将光电电荷从二极管传输到起浮分散区。

*层之上是 "第二层 "硅，每个像素包括三个晶体管：复位、扩大器（源跟从器）和挑选晶体管。这些晶体管坐落第二层硅之上，经过 "深触摸 "完结与*层的衔接，并穿过第二层，基本上构成了一个硅通孔（TSV）。终究，ISP 坐落第二层的金属化层上，选用混合（直接）键合方法衔接。

这种结构的关键在于一种工艺，它能接受发生热氧化物和激活第二层注入所需的热循环。索尼公司具体介绍了这一工艺（IEDM 2021，"CMOS 图画传感器的三维次序工艺集成"）。

图 2显现了该工艺，*层光电二极管和透射栅极构成后，对第二层进行晶圆键合和减薄。只要这样才干构成第二层栅极氧化物并激活注入。终究，构成深度触摸，蚀刻穿过第二层，触摸到器材的*层。

图 3 更具体地显现了*层和第二层之间的界面。透射栅极（图中的 TG）与第二层的*金属层相连。稍长的深触点坐落样品外表以下，在图画中部分可见。它们衔接*层和第二层之间的起浮分散节点。次部分衔接（低于样品外表）用于将*层上方的四个光电二极管与复位场效应晶体管的源极和 AMP（源极跟从器）场效应晶体管的栅极互连。

图 4 具体评论了次部分衔接。这是底层*层的平面 SEM 图画。黄色方框勾勒出像素概括，PDL 和 PDR 别离代表左右两个光电二极管。每个像素掩盖一个微型透镜。它表明次部分衔接，用于衔接两个像素的起浮分散和四个像素的接地。

TechInsights表明，索尼选用双层结构有多方面的优势，首要，即便像素距离缩小，也能坚持光电二极管的悉数阱容量，然后，亚部分触摸的运用削减了起浮分散的电容，进步了像素的转化增益，终究因为第二层的可用面积添加，AMP（源极跟从器）晶体管的面积也随之添加，然后下降了器材通道中发生的噪声（闪耀和电报）。

索尼VS三星VS豪威

关于索尼来说，“双层晶体管像素堆叠式”可谓是既三层仓库式之后又一大技能上的利器，也有音讯称本年的iPhone 15有望搭载选用这一技能的CMOS，假如终究得以成行，那么索尼传感器部分有望迎来新一轮的高速添加。

不过，索尼的*的问题仍旧出在本身，产研一体的形式当然让索尼在CMOS前期的商场中占得先机，以最强势的姿势夺走了美光和豪威的商场比例，乃至同室操戈，限制住了日本本乡的其他的传感器厂商。

但当工业落后于研讨时，从前的优势一会儿就变成了拦路虎，早在2019年，三星电子就推出了0.7μm级像素工艺产品，根据0.7μm级像素工艺加工而成的1.08亿像素传感器，与运用0.8μm级像素工艺的传感器比较，最多能够削减15%的体积，摄像头模组的高度最多能够削减10%，然后在必定程度上处理摄像头凸起的问题。

而索尼呢，2018年发布职业* 0.8μm 像素图画传感器（IMX586），四年后才总算推出了自家* 0.7μm 像素图画传感器计划 IMX758（搭载在 vivo X90 Pro 上），三年多的空白，等于把亿级像素的商场拱手让给了三星，且现在三星的ISOCELL HP1现已做到0.64μm像素，HP3达到了0.56μm像素，以往索尼能够自傲的高像素，反倒成为了它落后的标志。

当然，不止三星，豪威在上一年就发布了0.56μm的2亿像素图画传感器OVB0A，当索尼的1亿像素缓不济急之际，对上的却是近邻两家开端遍及的2亿像素。

而背面的原因十分简略，一块CMOS一般分红模仿层、数字层以及DRAM 层，模仿层一般由索尼自己出产，而数字层以及DRAM层则会找如台积电等代工厂出产，这种形式在智能手机开展的初期并没有太多问题，因为彼时大部分手机传感器都停留在2000万像素之下，但当索尼推出IMX586之后，高像素加多像素合一的形式瞬间就抢手赛道，三星和豪威加入到这场新的战役之中。

这时候索尼就发现问题了，自家的晶圆代工厂仍旧停留在65nm工艺，也便是说模仿层只能用65nm工艺，而近邻三星有自家半导体部分主力，豪威背靠台积电这颗大树，这两家轻松用上了28nm制程的模仿层，而索尼则是看着自家不成器的代工厂，陷入了只能干瞪眼的为难地步。

别的，因为模仿层是自产自销，因此自家代工厂的产能也是一个问题，近邻三星和豪威背面有一堆代工厂能够依托，而索尼自己的代工厂在前期小尺度CMOS大行其道时还算够用，在高像素大底流行起来后，产能彻底跟不上了，而额定产线也不是说加就能加的，在新的工厂竣工前，相同只能干瞪眼。

能够说，索尼的CMOS兴起之路，颇有些日本工匠精力在里头，不断移风易俗的技能，让它遭到了手机厂商的喜爱，不论是仓库式，仍是0.8μm的高像素，都引一时潮流，让三星豪威竞相追逐。

但索尼CMOS的至暗时刻，相同沿用了日本半导体，高明的技能无法弥补制程工艺上的距离，前期的顺风顺水让它失去了久远目光，既没有与台积电进一步协作，也没有晋级自己的工艺，终究这部分债，花了三四年时刻都没有彻底还清。

闻名果链分析师郭明錤近来爆料称，苹果iPhone 15规范版的高端CIS将晋级到48MP并很多选用新规划，因良率低故索尼不得不将分配给苹果手机的CIS产能进步100–120%以满意需求，导致安卓高端CIS供给大幅下降。

而这又一次给了其他厂商时机，郭明錤表明，豪威的高端CIS(64MP )订单将自2023年下半年开端明显添加，其高端CIS市占率，估计将自2023年的3–5%，别离添加至2024年与2025年的10–15%与20–25%，有利长时刻方针与赢利添加。

如此看来，恐怕只要熊本的工厂正式开工，索尼传感器才干真实坐上无忧无虑的日子吧。

参阅来历

CMOS Image Sensor Technologies & Markets - 2010 Report——Yole

History of Sony's Semiconductors——Sony

Sony’s World-first two-layer image sensor: TechInsights preliminary analysis and results——Image Sensors World