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美国密歇根大学工程师成功开发太阳能成像传感器

2018年04月16日  来源:中国光学期刊网  发布:雨林

  近日,美国密歇根大学的研究人员开发了一种全新设计的“自供电”CMOS图像传感器,其像素能够同时进行成像和能量收集。这样的设计可能会为将来的紧凑自供电相机开辟道路。科技媒体TechCrunch的Devin Coldewey评论称:“新设计的传感器本质上是一台永远不需要电池或者无线电源的相机。”

  该研究团队已经开发出了能够同时进行成像和能量收集的原型CMOS有源像素,而无需引入额外的平面PN结,其像素采用标准CMOS工艺中可用的结构。论文主要作者Euisik Yoon在论文摘要中解释称:“与传统的基于CMOS电子的成像像素不同,新型传感器中的N阱区被用作图像捕获的感应节点,我们采用了基于空穴的成像技术,同时利用N阱区以高于94%的高填充因子收集能量。

  “最高功率密度”

  Euisik Yoon表示:“我们已经成功地证明了能量收集能够实现998 pW/klux的功率密度,同时以74.67 pJ/像素捕获图像。我们目前制造的原型设备已经实现了最高的功率密度,并且能够以15 fps的速度自行维持其图像捕获,而无需超过60 klux照明的外部电源。”

  根据论文的内容,新型传感器将在“60000勒克斯的晴朗天气”下实现每秒钟15张图像的采集速度,而在正常的日光条件下(通常为20000~30000勒克斯),能够实现每秒7.5张的图像采集速度。据报道,研究人员目前主要关注开发概念验证芯片,他们在论文中指出目前并没有优化传感器本身的功耗。

  该论文得出结论称:“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PN结同时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。为了证明该设计的可行性,我们制作了一个CIS芯片,并进行了功率密度为998 pW/klux的能量收集试验,同时生成了品质因数为74.67 pJ/像素的图像,该像素提供了最高的功率采集密度。”


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