How did a space-age invention become ubiquitous in today’s digital imaging landscape? Learn all about it here in our latest podcast, featuring pioneers of photography and digital imaging. 

In 1993, noted physicist and engineer Eric Fossum led the invention of the CMOS active-pixel image sensor as part of his work for NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL). Then, as part of JPL’s mandate to seek commercial and consumer applications for emerging technologies, he was active in the transfer of the CMOS sensor’s “camera-on-a-chip” technology to industry. 

In our informative conversation with Professor Fossum, he makes distinctions between solid state CCDs and his more efficient CMOS sensor that would come to dominate the marketplace. To transform high-level science into layman’s terms, he uses the analogy of a bucket brigade collecting rain on a football field.

In a similar down-to-earth fashion, we touch on metaphysical issues like wave particle duality, and how this is demonstrated every time light enters a camera and you take a picture with your phone.

Join us to marvel at the wonders of science amid fun food references—from the way deep space radiation degrades CCD chips so they start to act like Swiss cheese, to the synergies between high-level scientific measurements and delicatessen lunch meats, both marks of a creative scientist and visionary educator.

Guest: Eric Fossum

Above photograph © John Sherman Photography, https://jshermanphoto.com/

For more information on our guest, see:
https://blogd7.bhphotovideo.com/explora/podcasts/photography/camera-on-a-chip-eric-fossums-invention-of-the-cmos-image-sensor

Stay Connected:
Eric Fossum Website: https://ericfossum.com/
Eric Fossum Wikipedia page: https://en.wikipedia.org/wiki/Eric_Fossum
Eric Fossum at the National Inventor’s Hall of Fame: https://www.invent.org/inductees/eric-r-fossum
Eric Fossum at Dartmouth Engineering: https://engineering.dartmouth.edu/community/faculty/eric-fossum
Eric Fossum bio from the Queen Elizabeth Prize for Engineering: https://qeprize.org/winners/eric-fossum
Eric Fossum’s 2021 Emmy Award in Tech and Engineering https://www.nhbr.com/dartmouth-professor-wins-emmy-award-for-image-sensor-technology/

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Camera on a Chip: Eric Fossum's Invention of the CMOS Image Sensor

En este episodio, nos sumergiremos en el análisis exhaustivo de la fabricación de circuitos integrados CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) en el nodo de 180 nanómetros (nm), una tecnología que, a pesar de los avances, sigue siendo crucial y rentable para aplicaciones como la gestión de energía, analógicas, y sectores como el aeroespacial y la Industria 4.0. Exploraremos las etapas fundamentales, comenzando por el Front-End-of-Line (FEOL), donde se construyen los transistores directamente en la oblea de silicio. Detallaremos la preparación de la oblea, la formación de aislamiento de trincheras superficiales (STI) para prevenir fugas, la creación de pozos (N-well y P-well) para integrar transistores NMOS y PMOS, la formación de la puerta con óxido de puerta delgado (ej. 2.9 nm) y polisilicio, y la formación de fuente y drenaje mediante implantación iónica y recocido. Luego, pasaremos al Back-End-of-Line (BEOL), donde se depositan capas de interconexión metálicas (típicamente 4-6 capas de aluminio en 180nm) utilizando dieléctricos de baja permitividad (low-κ) y técnicas como Damasceno. Finalmente, abordaremos la importancia del control de calidad mediante metrología, Control Estadístico de Procesos (SPC), y la gestión del rendimiento (yield management), esenciales para asegurar la funcionalidad, fiabilidad y rentabilidad en la producción de estos microchips.

CMOS 180nm: La Intrincada Ingeniería del Microchip Esencial

Intel Corporation, fundada en 1968, ha sido históricamente un pilar de la industria de semiconductores, pionera en el desarrollo del microprocesador y dominando el mercado de CPUs para PC y servidores durante décadas. Su trayectoria se ha caracterizado por una cultura de innovación continua y una inversión significativa en investigación y desarrollo. Sin embargo, la empresa ha enfrentado desafíos sustanciales en los últimos años, incluyendo un rezago en la fabricación de chips de vanguardia frente a competidores como TSMC, una dependencia histórica de la arquitectura x86 que la hizo menos ágil ante el auge de la computación móvil y la IA, y una consiguiente pérdida de cuota de mercado en segmentos clave como los centros de datos y las GPUs discretas.

Intel: el Gigante de los Semiconductores

Este podcast revela el papel crucial de los nodos tecnológicos en la fabricación de semiconductores, desde la alta inversión y complejidad de los nodos avanzados (clave para IA y 5G) hasta la rentabilidad de los nodos maduros (esenciales para automoción e IoT). Analizaremos la geopolítica que concentra la producción en pocos actores y los desafíos de la cadena de suministro global.

Nodos Tecnológicos: El Motor Oculto de la Era Digital

Durante más de medio siglo, la Ley de Moore fue el motor implacable de la revolución digital, dictando la duplicación exponencial de transistores en un chip y guiando la innovación en semiconductores. Sin embargo, la era del escalado monolítico tradicional está llegando a su fin debido a barreras físicas como la aproximación a la escala atómica y el efecto túnel cuántico, y a barreras económicas como el "muro de potencia" y el costo exponencial de las plantas de fabricación (la "Segunda Ley de Moore"). Lejos de señalar el fin del progreso, la industria está pivotando hacia un nuevo paradigma, el "More than Moore", que impulsa la innovación a través de la integración funcional de componentes diversos, la revolución arquitectónica basada en chiplets (módulos de silicio interconectados) y el apilamiento 3D para acortar las distancias de las señales, y la especialización del diseño para optimizar el rendimiento en cargas de trabajo específicas. Este cambio fundamental asegura que el espíritu de progreso exponencial de Gordon Moore continúe, redefiniendo el futuro de la computación de una manera más compleja, modular y adaptada a las necesidades emergentes.

Más allá de Moore: La Próxima Revolución de los Semiconductores

The B&H Photography Podcast: Join us every other week for a conversation with insightful and entertaining guests. From gear and technique to history, science and art, we discuss the issues most important to the contemporary photographer.

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