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美团队开发出无需电源的相机,能同步成像和收集太阳能能量
王强 2018-04-16
导语

“该传感器本质上是一台永远不需要电池甚至无线电源的相机。”

近日,来自美国密歇根大学的研究团队开发了一种同步成像和能量收集传感器。该传感器的开发可能会为紧凑的自供电相机铺平道路。研究人员Devin Coldewey评论道:“该传感器本质上是一台永远不需要电池甚至无线电源的相机。

图为能量收集传感器示意图

▍研究团队

该研究团队由Sung-Yun Park,Kyuseok Lee,Hyunsoo Song和Euisik Yoon组成,该研究成果发表在IEEE Electron Device Letters杂志上。

▍原理

该团队已经开发出了能够同时进行成像和能量采集的原型CMOS有源像素,而无需引入额外的平面p-n结。像素采用标准CMOS工艺中的可用结构。

研究团队Euisik Yoon解释说:“与传统的基于CMOS电子的成像像素不同,传统的基于CMOS电子的成像像素中的n区域被用作图像捕获的感测节点。我们采用基于孔洞的成像技术,同时利用n区域大于94%高填充因子的收集能量的优势。

▍最高功率密度

研究人员解释说:“我们已经成功证明了该传感器能够以998 pW / klux / mm2的功率密度实现能量采集,同时以74.67 pJ /像素捕获图像。制造的原型设备已经实现了最先进的技术好最高的功率密度,并且能够以15 fps的速度自行维持其图像捕捉操作,而无需使用超过60 klux照明的外部电源。”

根据研究团队的描述,每秒钟15张图像的速度将在“60 klux照明的晴朗天气”上实现,而在正常的日光条件下(通常20,000-30,000klux)可以实现每秒7.5张图像的捕获速度。据报道,研究人员现阶段主要关注开发概念验证芯片。在团队发表在IEEE的论文报告指出,他们并没有优化传感器本身的功耗。

▍概念模型

该论文得出结论:“我们提出了一种原型CMOS有源像素架构,该架构能够通过在标准CMOS工艺中利用固有的嵌入式垂直P + -N阱-Sub结实现成像和能量采集,并使用空穴作为成像载荷子,达到94%的高填充因子。

“为了证明这一可行性,我们制作了一个CIS芯片,并展示了功率密度为998 pW / klux / mm2的能量采集功能,同时生成了74.67 pJ /像素的FOM图像,该像素实现了最高的功率采集密度。”

文章链接:

Sung-Yun Park, Kyuseok Lee, Hyunsoo Song, Euisik Yoon, "Simultaneous Imaging and Energy Harvesting in CMOS Image Sensor Pixels," IEEE Electron Device Letters, Volume: 39 Issue: 4, Page(s): 532 - 535

(本文来源:微信公众号大国重器;)

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作者 王强

硕士研究生

西北工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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