[서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자가 스마트폰 이미지센서의 화질을 높이기 위한 새로운 픽셀 아키텍처 '딥픽스(DeepPix)'를 공개했다. 2억 화소 등 초고화소 경쟁이 본격화된 가운데 픽셀 크기를 키우지 않고도 빛을 받아들이고 처리하는 능력을 높여 고명암비(HDR)와 저조도 화질을 개선하는 것이 핵심이다.

7일 삼성전자에 따르면 딥픽스는 이미지센서 픽셀 내부의 전하 저장·전달·수용 구조를 함께 개선한 기술이다. 기존처럼 별도의 대용량 저장 소자를 추가하는 대신 픽셀 내부 구조와 실리콘 깊이를 활용해 전하 처리 능력을 높였다.

모바일 이미지센서는 제한된 면적에 더 많은 화소를 집적하기 위해 픽셀 크기를 지속적으로 줄여왔다. 삼성전자는 2021년 업계 최초로 2억 화소 이미지센서를 선보인 뒤 픽셀 크기를 0.7㎛에서 0.5㎛ 수준까지 줄여왔다.

다만 픽셀이 작아질수록 받아들일 수 있는 빛과 저장할 수 있는 전하량도 줄어든다. 특히 역광이나 야간 조명처럼 밝은 영역과 어두운 영역이 동시에 존재하는 환경에서는 픽셀의 전하저장용량이 화질과 HDR 성능을 좌우한다.

딥픽스는 픽셀의 면적을 늘리지 않고 실리콘 내부의 깊은 영역까지 포토다이오드(PD)의 전하 저장 공간으로 활용한다. 같은 면적에서도 더 많은 전하를 저장할 수 있도록 한 것이다.

전하 전달 구조도 함께 개선했다. 이미지센서에서는 PD에 저장된 전하가 트랜스퍼 게이트를 거쳐 플로팅 디퓨전(FD)으로 이동한 뒤 전압 신호로 변환된다. 저장 용량만 늘릴 경우 전달 과정이나 FD에서 병목이 발생할 수 있다.

삼성전자는 이를 해결하기 위해 딥픽스에 '듀얼 수직 트랜스퍼 게이트(Dual VTG)'를 적용해 깊은 영역에 저장된 전하까지 효율적으로 이동시키고, FD 셰어링(Sharing) 기술로 전하 수용 능력도 확대했다.

기존 일부 HDR 기술은 픽셀이 담지 못한 전하를 별도의 대용량 커패시터에 저장하는 방식을 사용한다. 하지만 추가 소자와 배선이 필요해 회로와 공정이 복잡해지고, 신호를 여러 차례 읽는 과정에서 전력 소비와 프레임 처리 시간도 증가할 수 있다.

삼성전자는 딥픽스를 통해 추가 소자와 공정 부담을 최소화하면서 전하저장용량과 전하 전달 효율을 높이고 노이즈와 소비전력을 줄이는 것을 목표로 하고 있다.

삼성전자 관계자는 "딥픽스는 기존 FDTI 픽셀 기술을 기반으로 픽셀 내부의 저장·전달·수용 구조까지 혁신 범위를 확장한 기술"이라며 "작은 픽셀에서도 높은 화질과 HDR 성능을 구현하는 것이 목표"라고 설명했다.

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