-WDR CIS의 주 적용분야인 차량용 이미지 센서 시장은 연 19% 성장하여 2020년에는 180억 달러 규모 및 2023년까지 현재의 두 배인 약 2억 3천만 대의 제품이 출시될 것으로 전망
- 자동차용 CIS는 자율주행차 구현에 있어 필수적인 부품, 전방 비전 센서 및 주차용 후방 및 서라운드뷰 카메라나 블랙박스 등이 대표적인 적용 사례
그림 3 Panasonic 123dB WDR Organic Sensor2)
1) IC Insights
2) http://image-sensors-world.blogspot.com
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APD
어레이(array)
센서- APD 센서의 주 적용분야인 자동차 및 일반 산업용 LiDAR 시장 규모가 지난해 13억 달러이고 용도별로는 지형학용 8억 달러, 산업용 2.6억 달러, 자율주행차용 2억 달러, 풍력 측정용 4,500만 달러, ADAS용 1,500만 달러를 기록3)
● 적외선 이미지 센서
- 2019년 비냉각식 적외선 열화상 카메라 시장이 40억 달러(약 4조 4,600억 원) 규모이고, 이미지 센서는 5억 달러 수준4)
- 자동차 및 보안, 계측 분야 이외에 성장의 기폭제로 신(新)시장인 ‘스마트 조명’과 ‘스마트폰’의 시장수요 성장에 따라 적외선 이미지 센서 산업 규모는 지속적인 성장을 전망
3) Yole (2019)
1.4. 해결해야 할 기술 이슈
● 단위픽셀 초소형화
- 최신 108M픽셀 초고해상도 CIS의 경우 700nm 픽셀피치 요구되어 현재 65nm 공정에 28nm 이하 공정으로 개발이 요구5)
-WDR CIS 경우에도 다중 사이즈 픽셀 방식이 고해상도를 구현하기 위해서 필수적
- 적외선 이미지 센서의 화소 크기는 17μm에서 12μm 이하로, 축소 및 공정 기판 크기는 6인치에서 8인치로 확대할 필요가 존재
표 1 주요 기술 및 이슈
구 분 상 세 내 용
가시광 CIS 센서 고감도･고해상도 기술
28nm 이하의 EUV 나노공정 CIS 공정 기술 고밀도 multi layer stack 기술
초근접 픽셀간 isolation 제어 기술 나노구조기술
WDR CIS 센서 기술
CMOS 나노공정 기술 다중 픽셀 설계 기술 Dynamic Range 제어 기술 WDR ISP 기술
초고감도 APD 센서 기술
Silicon Avalanche PD 공정 기술 APD 어레이(array) 기술 APD 저전압 구동 소자 기술
나노볼로메터 센서 기술
Surface Micromachining 상의 나노 패터닝 공정 기술 High TCR 나노소재 기술
고유전율의 TDL(Thick Dielectric Layer) 증착 기술 TDL의 고종횡비 TSV 공정 기술
나노 볼로메터 어레이(array) ROIC 기술
5) Yole Development
2 기술 동향
2.1. 국내 동향
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KAIST
- SiPM(Silicon Photo Multiplier)와 G-APD(Geiger-mode Avalanche Photo Diode)를 KAIST RDMISL에서 설계하고 나노펩센터에서 제작, 항복 전압 25~27V 확인
● 나노종합기술원
- 나노 CMOS 소자 및 센서 개발에 필요한 핵심장비와 팹시설을 보유하고 있으며, 25μm 픽셀 피치 8인치 a-Si계 적외선 센서 표준 일괄공정을 개발하여 적외선 센서 공정 플랫폼을 확보
● 전자부품연구원
- 안테나 결합형 250nm 나노 볼로메터 공정 및 소자 기술 확보, THz~sub THz 감지 어레이(array) 센서 연구
● 삼성전자
- 삼성(S5KGM1)의 4,800만 화소 센서는 1/2.25 사이즈 센서, 8,000×6,000(48MP) 해상도, 0.8μm 픽셀피치 구현, 삼성은 훨씬 발전한 28nm 공정으로 CIS를 제조 및 ‘3스택 CIS'에서도 미세공정 기술 확보
- 초소형 픽셀에서도 색 재현성과 감도를 획기적으로 높인 이미지 센서 신기술, ‘아이소셀 플러스 (ISOCELL Plus)’ 제품 출시
그림 4
(상) 삼성전자, 3-stack CIS, (하) 삼성전자, ISOCELL CIS
2.2. 해외 동향
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CEA-LETI,
프랑스- 프랑스는 CEA-LETI에서 개발한 기술을 ULIS가 민수시장에 제품을 출시하고 현재 17μm(1024×768) 제품을개발 중이며, 테라헤르츠 대역 나노볼로메터도 연구결과를 발표
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Panasonic,
일본-WDR CMOS를 OPF(organic photoconductive film) 기술을 적용하여 동시 캡처 대역폭을 기존에 비해 100배 구현, 123dB WDR 구현
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Sony,
일본-5천만 화소 제품 개발 후 2018년까지 1억 화소 제품 개발을 추진 중이며, 고해상도 제품뿐만 아니라 초고속이미지 촬영을 지원하는 3단 적층 이미지 센서를 2017년 출시(3단 적층 이미지 센서는 이미지 센서, D램, ISP(Image Signal Processor)로 구성)
- 기존 센서 대비 데이터처리 속도가 8배 향상되어 초당 최대 1,000프레임의 저속 촬영이 가능
3 시사점(기술수준)
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CIS
기술의 국내 기술수준은 세계 최고수준이나WDR CIS
으로도 연구개발 다변화 필요-CIS 기술의 세계 최고 수준은 유지하기 위해서는 해상도 향상에 따른 화소 사이즈 축소의 기술적 수요를 충족하기 위해 65nm급을 넘는 나노공정 기술의 적용이 지속되어야 함이 중요
- 국내 이미지 센서는 스마트폰용에 치우쳐 있고 소니, 파나소닉 등은 산업용, 자동차용 WDR CIS 및 DSLR 고품질 센서에 대한 경쟁력 강화 중
- 향후 자율주행차, 로봇, 스마트공장 등으로 더 많은 수요에 대응 가능한 연구개발이 필요
그림 5 LG 최신 스마트폰 카메라 적용
● 자율주행차용 라이다 등에 적용되는
APD
어레이(array)
센서의 국내 기술 단계는 초기 단계- KAIST 등 일부 대학에서 수준 높은 연구결과가 많이 나왔으나 상용화까지 진행되지는 못했으며, 최근 라이다 등의 성장에 따라 APD 수요가 급증하고 있는 상황에 대응하여 국산화 개발이 필요
● 적외선 이미지 센서의 일부 품목은 국산화 되었지만 국내 기술 수준은
70%
이하로 평가- I3System, NNFC에서 비냉각 적외선 센서 개발이 되어 있으나 25μm 수준이고 성능면에서 아직 미흡 - 향후 요구되는 고해상도로 선진제품을 뛰어넘기 위해 획기적인 나노 공정 기술의 개발이 필요