在背照式技术出现之前，CMOS图像传感器（简称为“CIS”）都是前照式的结构，当光经过微透镜和颜色滤镜后，还要经过金属布线层（可以将电信号转换为数字信号）才能到达光电二极管（PD）处，通过光电效应累积光生电子。
然后 SX（选择晶体管）和 RX（复位晶体管）同时打开，进行晶体管的复位，将浮动扩散单元（即FD，可以理解为一个电容）中上一次信号传输残留的电子传导出去，以避免对这一次的信号传输产生干扰。
接着 RX 关闭，TX（传输晶体管）打开，将PD中累积的光生电子传输到FD里面。传输完成后 TX 关闭，最后由 DX（放大晶体管）将FD因光生电子产生的电压放大并传输到金属布线层的 ADC 转换成数字信号。
但是，在这个过程中，由于金属布线层受到光照时会发生反射和衍射现象，而且随着像素尺寸的减小，这两种现象所导致的问题会更严重。
首先反射的影响很简单，像素尺寸越小进光量就越小，这反射所造成的损失就很明显了。至于衍射这边，随着像素尺寸的减小，金属布线层的间隙就更小，这样光通过的区域就变得更小，衍射现象增强，导致图像中的颜色混合在一起。
为了解决这两个问题，豪威首创的背照式技术就应运而生了——通过翻转晶圆来利用其背面从而消除金属布线层的影响，2010年 iPhone4 在手机端首发了这个先进的技术。
这个技术具体来说，就是先在晶圆的一侧制作所有的电路部分，然后将晶圆翻转倒置，以便创建可以在背面收集光线的光学结构。
这样既可以消除前照式结构中金属布线层造成的衍射干扰，又能解决之前金属布线层阻碍光线通过所造成的反射问题，从而得以在同一大小像素条件下提高光电量子效率。
此外，由于金属布线层被转移到了背面，这样就可以“肆无忌惮”地拓展电路规模，以提升传感器的读取速度！从而实现更高速的连拍和更高清的视频录制。
随着智能手机的不断发展，对图像传感器性能的需求开始日益增长，同时传感器的小型化趋势也日益明显。而要提高传感器的处理性能，就得增加处理回路的晶体管数量，简而言之就是得提高制程，从而在同等面积内容纳更多的晶体管。
但尴尬的是，与处理回路处于同一层的像素区域，对制程工艺却并不“感冒”（与像素尺寸有关）。例如，像素区域用65nm的制程就非常足够了，但对于处理回路来说若能将制程提升至45nm则可将晶体管数量提高一倍！
于是索尼便想到了将像素区和电路区分离并堆叠在一起的解决方案，这样两者不仅可以在不同的制程条件下单独制造，还能减少整体所占的面积（少了原来处于同一层的电路区），更能大幅提高电路区的面积（可与像素区面积等大）。
此番操作过后，由于像素层依然可以采用背照式技术，所以之前背照式的优点得以全部继承。此外，若像素层的面积不缩小，则可在之前处理回路所占的区域种植更多的像素，这又为小型高像素路线奠定了基础。
另外，处理回路在单独分层后，在更先进的制程工艺和更大的堆料面积之双重加成下，就可以配置性能更强功耗更低的图像信号处理器以及配套电路，从而实现硬件级HDR以及慢动作拍摄等功能。
像素层与电路层分离后，会采用硅通孔技术（TSV）连接在一起，后来工艺进步了又引进混合键合技术（Cu-Cu互连）。通过铜互连技术的引入，不仅进一步实现了传感器的小型化，还提高了生产效率。
在堆栈式技术之后，其实索尼还首创了“三层堆栈式”结构——在90nm的感光层和40nm的电路层之间额外加入了30nm的DRAM层（首先商用的IMX400其DRAM容量为1GB），从而得以支持最高1000fps的超慢速视频拍摄，并解决了“果冻效应”。
但由于这个技术成本高，而且在手机上应用问题不少（具体啥问题下篇讲“Gen”级划分的时候细说），所以更多还是相机在用，移动端则主要是索尼和三星的旗舰手机在用。
由于近年来手机CIS都在卷大底，这也让手机后背的影像模组越来越大且凸，于是索尼又开始在像素层折腾了——首发了光电二极管与像素晶体管分离的双层晶体管技术，以期用同样的底实现更佳的光电性能（更大的动态范围和更少的暗光噪点）。
在传统工艺的像素结构中，光电二极管和四类像素晶体管是聚集在一起的，但像素晶体管并不参与感光，也就是说整个像素层的感光效率并不高。于是索尼将除了TX晶体管之外的其它三类像素晶体管，单独分离聚于一层。
从而扩大了光电二极管的容量——饱和信号量（势阱储存的电子数量）直接翻倍，这就意味着动态范围（满阱容量与暂态噪声的比值）也是成倍扩大。
此外，由于 SX（选择）、RX（复位）、DX（放大）等三类像素晶体管单独处于一层，没有了光电二极管的面积挤占，便能将 DX 晶体管的尺寸做大，从而让暗光场景的弱电压信号得到更大的增益，使得最终图像噪点明显减少。
这期所讲都是最基本的CIS技术演化，从中可以看出，从堆栈式技术开始，索尼已经开始成为业界研发领域的领头羊，往后不管啥先进的技术都是索尼首发（甚至连背照式技术都是索尼率先量产商用的）。
这也没办法，索尼半导体起步特别早，技术积累极为深厚，产能资源也非常充沛。而且CIS并不依赖先进制程工艺（属于模拟技术和数字技术的结合体），特别适合索尼半导体的自有产线。
下期将在这期的基础上将索尼的“Gen”级划分讲清楚（级别越高价格越贵），顺带再将CIS的细分工艺技术讲明白。至于下下期，则主要是讲解各种对焦技术，看看索尼和三星的各种自家对焦术语到底是啥意思。
背照式技术——通过翻转晶圆利用其背面从而消除金属布线层的影响，这样就可以“肆无忌惮”地拓展藏到背面之电路规模，以提升传感器的读取速度，如此便可实现更高速的连拍和更高清的视频录制。
堆栈式技术——通过像素层处理回路的剥离成层并堆栈在一起，从而获得了更强的配套电路（或者配上更牛的ISP），得以实现硬件级HDR，并促进了手机CIS的小型化和高像素化。后面又通过加入DRAM层获得三层堆栈，从而实现超级慢动作摄影。
双层晶体管技术——通过将三种像素晶体管分离出来单独成层并将其堆栈于感光层和电路层之间，得以扩大光电二极管的容量和做大 DX 晶体管的尺寸，从而大幅提升了动态范围并减少了暗光场景的噪点。
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