密歇根大學(xué)成功研發(fā)自供電圖像傳感器

　　這里提到的新技術(shù)等同于在每個(gè)像素下放置了太陽能電池。太陽能電池將光轉(zhuǎn)換為電。圖像傳感器也可以將光轉(zhuǎn)換為電。如果可以在同一顆芯片上同時(shí)完成兩種轉(zhuǎn)換，你將擁有一臺自供電攝像機(jī)。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，密歇根大學(xué)(University of Michigan)的工程師們最近提出了該設(shè)想，一款能夠?qū)崿F(xiàn)上述兩種功能的圖像傳感器，每秒拍攝15張圖片，且只有在日光照射下才能運(yùn)行。

　　密歇根大學(xué)電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授，此次研究的領(lǐng)導(dǎo)者Euisik Yoon教授表示，“能量采集成像儀集成了微型處理器和無線收發(fā)器并為其供電，就可以在任何地方放置一個(gè)幾近無形的小型攝像機(jī)。”他們將研究結(jié)果發(fā)表在了期刊《IEEE Electron Device Letters》上。

　　早期對自供電圖像傳感器的嘗試主要有兩種途徑。其一是利用光伏(photovoltaics)填充傳感器的部分位置。這種直接的辦法可以起作用，但是大大減少了生成圖像的可用光子數(shù)量。

　　另一種途徑是讓圖像傳感器的像素在光電探測器和光伏電池之間切換角色。這種辦法也能行得通，但是復(fù)雜，并可能會以圖像幀數(shù)減少50%為代價(jià)。

　　Yoon和博士后研究人員Sung-Yun Park提出的解決方案則沒有上述缺點(diǎn)。他們注意到許多光子穿過像素點(diǎn)的光電二極管不會引起電荷積累，他們將第二個(gè)二極管藏于光電探測器的下面，充當(dāng)光伏收集這些雜散的光子。Yoon指出，“這不是真的再利用，更像是對浪費(fèi)了的資源的收集，這些都是免費(fèi)的能源?！?/p>

　　由于光伏位于傳感器下面，幾乎所有的像素區(qū)域都能檢測到圖像。又由于它使用的是圖像傳感器錯(cuò)過的雜散光子，能夠持續(xù)收集并轉(zhuǎn)換為電能。

　　雖然這款圖像傳感器的樣品使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)，其像素需要有別于標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)和電氣特性。最大的不同在于，新像素包含一個(gè)PN結(jié)，本質(zhì)上是一個(gè)額外的二極管，位于圖像傳感二極管下方。其次，典型的像素使用電子作為主要電荷載體。為了讓光伏和傳感二極管同時(shí)工作，Yoon和他的團(tuán)隊(duì)不得不設(shè)計(jì)一款收集帶正電的空穴(硅的電子空位)的器件?？昭ǖ囊苿?dòng)速度沒有硅中的電子快，但是也不會太慢，因此不會干擾圖像的捕獲。

　　由此產(chǎn)生的像素寬度為5微米的芯片，能夠獲得最高能量收集密度(998皮瓦每平方毫米每勒克斯)，超過了迄今為止所有的具有能量收集功能的圖像傳感器。如果天氣晴朗，就能產(chǎn)生60，000勒克斯供每秒拍攝15幀。正常的日光條件下(20，000~30，000勒克斯)會降低至每秒7.5幀。標(biāo)準(zhǔn)的視頻速率為每秒30幀，但并非總是需要如此。

　　將重點(diǎn)放在獲得概念驗(yàn)證型芯片上，“我們沒有優(yōu)化傳感器本身的功耗?！盤ark解釋道。因此，提高幀率或降低室內(nèi)所需的照明條件還有改善的空間。Yoon和Park深諳此道，已經(jīng)為圖像傳感器開發(fā)出許多超低功耗技術(shù)，如自動(dòng)調(diào)制幀率，以適應(yīng)可用照明和具有微瓦級特征檢測系統(tǒng)的電路。

　　如果該項(xiàng)目繼續(xù)下去，他們將努力整合自供電無線攝像頭所需的一切。