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삼성전자가 9일 ‘듀얼 픽셀’ 기술을 적용한 1200만 화소 아이소셀 CMOS 이미지센서(CIS) 양산을 시작했다고 밝혔다. 전략 스마트폰 ‘갤럭시S7·엣지’에 소니 엑스모어RS(IMX260) CIS가 적용됐기 때문에 두 가지 CIS를 함께 사용하고 있는 셈이다.

듀얼 픽셀은 ‘위상 검출 자동초점(Phase Detection Auto Focus, PDAF)’이 핵심이다. 하나의 화소, 그러니까 한 개의 픽셀에 두 개의 포토다이오드가 내장되어 있다. 일반적인 CIS는 픽셀 하나당 하나의 포토다이오드가 내장된다. CIS에서 포토다이오드는 사람의 눈에서 망막과 같은 역할을 한다. 외부에서 받아들인 빛을 전기적인 신호로 바꿔준다. 따라서 포토다이오드가 늘어나면 더 많은 양의 정보를 처리할 수 있다.

PDAF 기술을 내장한 CIS는 색의 대비(콘트라스트)로 초점을 잡는 기존 제품과 비교해 속도가 월등히 빠르다. PDAF는 렌즈를 통해 들어오는 빛을 한 쌍으로 나누어 위상 차이를 비교함으로써 초점이 맞았는지를 판단해서다. 삼성전자와 소니는 2016년부터 출시되는 주력 프리미엄 CIS 제품군에 모두 PDAF 기술을 내장한다는 방침을 세운바 있다.

AF 성능이 좋으면 멀리 떨어져있고 움직임이 심한 피사체를 정확히 잡아낼 수 있고 동영상 촬영에도 유리하다. 하지만 스마트폰, 태블릿과 같은 스마트 기기에 쓰이는 CIS는 카메라와 달리 크기의 제약이 심하다. 따라서 판형(크기)을 키우지 않고 성능을 향상시키기 위해서는 CIS 설계 자체를 근본적으로 바꿔야 한다. 물론 판형이 작으면 작을수록 AF가 빨라진다는 장점이 있으나 픽셀 사이의 간섭으로 인해 노이즈가 발생, 화소수가 높아지면 노이즈가 그만큼 커진다. 듀얼 픽셀은 판형을 그대로 유지하면서 AF는 물론 화질을 한층 강화할 수 있는 방법이라고 볼 수 있다.

소니 엑스모어RS는 실리콘관통전극(Through Silicon Via, TSV)을 이용해 이미지 시그널 프로세서(ISP)와 CIS를 하나로 통합했다. CIS는 90나노 공정을 적용한 후면조사형(BackSide Illumination, BSI)에 5개의 금속층(구리), ISP는 65나노 공정에 7개의 금속층(구리 6개, 알루미늄 1개)로 이루어져 있다. 삼성전자 듀얼 픽셀 아이소셀도 소니와 마찬가지로 TSV를 적극적으로 이용했다. CIS는 65나노 공정, ISP는 28나노 공정이다.

업계에서는 스마트폰 카메라 성능이 중요한 차별화 포인트로 떠오른 상황이어서 CIS 시장이 한층 확대될 것으로 전망하고 있다. 시장조사업체 테크노시스템즈리서치(TSR)에 따르면 2014년 기준 소니는 CIS 시장점유율 39.5%로 독보적 1위 자리를 고수했다. 2위는 옴니비전으로 16.2%, 다음으로 삼성전자가 15.7%를 각각 기록했다.

<이수환 기자>shulee@insightsemicon.com



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