CMOS圖像傳感器根據感光元件安裝位置，主要可分為前照式結構(FSI)背照式結構(BSI)。

在背照式結構的基礎上，還可以進一步改良成堆棧式結構(Stacked)。堆棧式結構系在背照式結構將感光層僅保留感光元件的部分邏輯電路的基礎上進行進一步改良，在上層僅保留感光元件而將所有線路層移至感光元件的下層，再將兩層芯片疊在一起，芯片的整體面積被極大地縮減。此外，感光元件周圍的邏輯電路也相應移至底層，可有效抑制電路噪聲從而獲取更優質的感光效果。

采用堆棧式結構的CMOS圖像傳感器可在同尺寸規格下將像素層在感知單元中的面積占比從傳統方案中的近60%提升到近90%，圖像質量大大優化。同理為達到同樣圖像質量，堆棧式CMOS圖像傳感器相較于其他類別CMOS圖像傳感器所需要的芯片物理尺寸則可大幅下降。同時采用該種結構的圖像傳感器還能集成如自動對焦(AF)和光學防抖(01S)等功能。除此之外，混合堆棧和三重堆棧技術正在推動著如3D感知和超慢動作影像等功能的發展。

雖然采用堆棧式結構的CMOS圖像傳感器具備性能上的提升，但由于其生產過程中使用了多張晶圓且疊加工序的工藝難度較高，其生產成本遠高于采用單層晶圓的生產工藝，因此主要應用于特定的領域。在CMOS圖像傳感器領域，堆棧式結構技術目前主要應用在高端手機主攝像頭、高端數碼相機、新興機器視覺等領域。根據第三方市場調研機構TSR的統計，堆棧式結構CMOS圖像傳感器產品的主要供應商為索尼、三星、豪威科技和思特威。

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