2025년 2월 22일센서의 양자 효율(QE)은 광자가 센서에 닿아 감지될 확률을 %로 나타낸 것입니다. QE가 높을수록 카메라의 감도가 높아져 저조도 환경에서도 작동할 수 있습니다. QE는 파장에 따라 달라지며, 일반적으로 피크 값을 나타내는 단일 숫자로 표현됩니다.
광자가 카메라 픽셀에 닿으면 대부분은 감광 영역에 도달하여 실리콘 센서에서 전자를 방출하여 감지됩니다. 그러나 일부 광자는 감지되기 전에 카메라 센서의 재질에 의해 흡수, 반사 또는 산란됩니다. 광자와 카메라 센서 재질 간의 상호작용은 광자의 파장에 따라 달라지므로 감지 가능성은 파장에 따라 달라집니다. 이러한 의존성은 카메라의 양자 효율 곡선(Quantum Efficiency Curve)에 나타나 있습니다.
양자 효율 곡선의 예. 빨간색: 후면 조사형 CMOS. 파란색: 고급 전면 조사형 CMOS
다양한 카메라 센서는 설계 및 소재에 따라 매우 다른 QE를 가질 수 있습니다. QE에 가장 큰 영향을 미치는 것은 카메라 센서가 후면 조명인지 전면 조명인지입니다. 전면 조명 카메라에서 피사체에서 나오는 광자는 감지되기 전에 먼저 배선 그리드를 통과해야 합니다. 원래 이러한 카메라는 약 30-40%의 양자 효율로 제한되었습니다. 와이어를 지나 빛에 민감한 실리콘으로 빛을 집중시키는 마이크로 렌즈가 도입되면서 이 효율은 약 70%로 높아졌습니다. 최신 전면 조명 카메라는 약 84%의 최대 QE에 도달할 수 있습니다. 후면 조명 카메라는 이러한 센서 설계를 반대로 하여 광자가 배선을 통과하지 않고 얇아진 빛 감지 실리콘 층에 직접 닿습니다. 이러한 카메라 센서는 더 집약적이고 값비싼 제조 공정을 희생하여 약 95% 피크의 더 높은 양자 효율을 제공합니다.
양자 효율이 이미징 애플리케이션에서 항상 중요한 특성은 아닙니다. 높은 조도를 사용하는 애플리케이션에서는 양자 효율(QE)과 감도 증가가 큰 이점을 제공하지 않습니다. 그러나 저조도 이미징에서는 높은 양자 효율을 통해 신호 대 잡음비(SNR)와 이미지 품질이 향상되거나, 노출 시간이 단축되어 이미징 속도가 향상될 수 있습니다. 하지만 높은 양자 효율의 이점은 후면 조명 센서의 30~40% 가격 상승과도 비교되어야 합니다.
