提到背照式CMOS，相信很多朋友首先會聯(lián)想到智能手機(jī)等小型影像記錄設(shè)備。現(xiàn)在主流的手機(jī)的攝像頭均采用了背照式和堆棧式兩種類型的傳感器。

想要弄清楚背照式中“背”的含義，就必須要先了解傳統(tǒng)CMOS——前照式（FrontSide Illumination，縮寫為FSI）的結(jié)構(gòu)。

CMOS是一個多層結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)FSI結(jié)構(gòu)中，自上至下依次為微透鏡（Micro-lens）、彩色濾光鏡（Color Filter）、電路層（Wiring Layers）和光電二極管（Photodiodes）。

不難發(fā)現(xiàn)：CMOS總面積 ≈ 光電二極管有效面積 + 電路層有效面積，光電二極管和配套電路需要爭搶感光元件上有限的空間。

電路占據(jù)的面積大，光電二極管占據(jù)的面積就小，CMOS實(shí)際收集的光線就少。對于智能手機(jī)、便攜數(shù)碼相機(jī)等小型影像記錄設(shè)備來說，這就意味著成像質(zhì)量難以提升，最集中表現(xiàn)就是高ISO拍攝時的噪點(diǎn)大、雜訊多。

那么，能否減少電路面積呢？首先，現(xiàn)代CMOS普遍采用集成模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC）的做法，1列光電二極管對應(yīng)1個ADC和1套放大電路。想要提升像素數(shù)量、提高讀取速度就必須增加配套電路。

傳統(tǒng)的CMOS “前照式”結(jié)構(gòu)，當(dāng)光線射入像素，經(jīng)過了片上透鏡和彩色濾光片后，先通過金屬排線層，最后光線才被光電二極管接收。

大家都知道金屬是不透光的，而且還會反光。所以，在金屬排線這層光線就會被部分阻擋和反射掉，光電二極管吸收的光線能就只有剛進(jìn)來的時候的70％或更少；而且這反射還有可能串?dāng)_旁邊的像素，導(dǎo)致顏色失真。（目前中低檔的CMOS排線層所用金屬是比較廉價的鋁（Al），鋁對整個可見光波段（380～780nm）基本保持90％左右的反射率。）

這樣一來，“背照式”CMOS就應(yīng)運(yùn)而出了，其金屬排線層和光電二極管的位置和“前照式”正好顛倒，光線幾乎沒有阻擋和干擾地就下到光電二極管，光線利用率極高，所以背照式CMOS傳感器能更好的利用照射入的光線，在低照度環(huán)境下成像質(zhì)量也就更好了。

背照式CMOS英文為Back-Illuminated CMOS，縮寫為BI CMOS；或BackSide Illumination CMOS，縮寫為BSI CMOS。在背照式BSI結(jié)構(gòu)中，光電二極管和電路層的位置發(fā)生了調(diào)換，自上至下依次為微透鏡（Micro-lens）、彩色濾光鏡（Color Filter）、光電二極管（Photodiodes）和電路層（Wiring Layers）。

這帶來了兩個好處：

1.光電二極管可以接收到更多光線（開口率更大），使CMOS具有更高靈敏度和信噪比，改善高ISO下的成像質(zhì)量。

2.配套電路無需再和光電二極管爭搶面積，更大規(guī)模的電路有助于提高速度，實(shí)現(xiàn)超高速連拍、超高清短片拍攝等功能。

由于光電二極管層上移、卡口率更大，BSI CMOS可以更充分地吸收大角度入射光線。在使用傳統(tǒng)CMOS的A7R上，索尼通過微透鏡優(yōu)化提升邊緣質(zhì)量（芯片位置匹配技術(shù)）；而在使用BSI CMOS的A7R II上，索尼就不需要再做特殊優(yōu)化——當(dāng)然，如果加上微透鏡優(yōu)化自然是極好的，但改善幅度不會有傳統(tǒng)CMOS來的明顯。

當(dāng)然，任何事物都有兩面性，背照式CMOS也不例外。由于電路層變得密度更高，電路和電路之間不可避免地會產(chǎn)生干擾。其結(jié)果就是低感光度下的信噪比可能會有所下降。

相比起普通的傳感器，搭載背照式傳感器的攝像頭能夠在弱光環(huán)境下，提高約30%—50%的感光能力，能夠在弱光下拍攝更高的質(zhì)量的照片。

1990年代，背照式概念被提出，但由于生產(chǎn)加工要求很高，因此無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。

2007年，OmniVision對外展示了BSI CMOS樣品。

2009年2月，索尼實(shí)現(xiàn)BSI CMOS量產(chǎn)化并注冊了Exmor R商標(biāo)。首批搭載Exmor R CMOS的產(chǎn)品包括索尼HDR-XR520、HDR-XR500攝像機(jī)（2009-2），索尼DSC-WX1、DSC-TX1便攜數(shù)碼相機(jī)（2009-9），索尼愛立信Cyber-shot S006拍照手機(jī)（2010-10）。

2011年10月，蘋果iPhone 4S的主攝像頭搭載了索尼生產(chǎn)的BSI CMOS。

2013年6月，索尼推出搭載1英寸約2020萬像素BSI CMOS的數(shù)碼相機(jī)RX100 II。

2015年6月，索尼推出搭載搭載35mm全畫幅約4240萬像素BSI CMOS的無反相機(jī)A7RII。

新型背照式CMOS傳感器得益于電子器件的制作工藝升級，至少在兩個方面有提升。

第一個是在傳感器上的微透鏡性能更為提升，以致經(jīng)過微透鏡后的光，入射到感光面上的角度更接近垂直，而且微透鏡產(chǎn)生的色散，眩光等不良效果會減弱，讓最終到達(dá)傳感器感光面的光較傳統(tǒng)的好。

第二個就是在大像素下依舊具有高速的處理能力，這一點(diǎn)歸根到底是對比CCD傳感器而言的。CCD傳感器是需要將各像素點(diǎn)的電荷數(shù)據(jù)傳輸出來統(tǒng)一處理，所以在像素大的時候速度比較難提高，如果強(qiáng)行提高處理的帶寬就會造成噪點(diǎn)的增加。而CMOS傳感器在每一個像素點(diǎn)上都已經(jīng)將電荷轉(zhuǎn)化成了電壓數(shù)據(jù)，在提高大像素幀率上有比較大的空間。

不過這兩個優(yōu)點(diǎn)并非被照式CMOS傳感器特有，是當(dāng)今新款的CMOS傳感器普遍都能做到的，這就是為什么越來越多數(shù)碼相機(jī)采用CMOS傳感器了，畢竟大像素和高速的性能會直接影響最終消費(fèi)者的選擇。