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(tái)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)?！彼麄儗⒀芯拷Y(jié)果發(fā)表在了期刊《IEEE Electron Device Letters》上。

　　早期對(duì)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(cè)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(huì)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(huì)引起電荷積累，他們將第二個(gè)二極管藏于光電探測(cè)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(duì)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(cè)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。空穴的移動(dòng)速度沒有硅中的電子快，但是也不會(huì)太慢，因此不會(huì)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(huì)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。”Park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(jí)特征檢測(cè)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。