美國密歇根大學開發出一種能同步成像和太陽能能量收集的感測器，本質上是一台無需電源的相機

近日，來自美國密歇根大學的研究團隊開發了一種同步成像和能量收集感測器。該感測器的開發可能會為緊湊的自供電相機鋪平道路。研究人員Devin Coldewey評論道：「該感測器本質上是一台永遠不需要電池甚至無線電源的相機。」

圖為能量收集感測器示意圖

研究團隊

該研究團隊由Sung-Yun Park，Kyuseok Lee，Hyunsoo Song和Euisik Yoon組成，該研究成果發表在IEEE Electron Device Letters雜誌上。

原理

該團隊已經開發出了能夠同時進行成像和能量採集的原型CMOS有源像素，而無需引入額外的平面p-n結。像素採用標準CMOS工藝中的可用結構。

研究團隊Euisik Yoon解釋說：「與傳統的基於CMOS電子的成像像素不同，傳統的基於CMOS電子的成像像素中的n區域被用作圖像捕獲的感測節點。我們採用基於孔洞的成像技術，同時利用n區域大於94％高填充因子的收集能量的優勢。

最高功率密度

研究人員解釋說：「我們已經成功證明了該感測器能夠以998 pW / klux / mm2的功率密度實現能量採集，同時以74.67 pJ /像素捕獲圖像。製造的原型設備已經實現了最先進的技術好最高的功率密度，並且能夠以15 fps的速度自行維持其圖像捕捉操作，而無需使用超過60 klux照明的外部電源。」

根據研究團隊的描述，每秒鐘15張圖像的速度將在「60 klux照明的晴朗天氣」上實現，而在正常的日光條件下（通常20,000-30,000klux）可以實現每秒7.5張圖像的捕獲速度。據報道，研究人員現階段主要關注開發概念驗證晶元。在團隊發表在IEEE的論文報告指出，他們並沒有優化感測器本身的功耗。

概念模型

該論文得出結論：「我們提出了一種原型CMOS有源像素架構，該架構能夠通過在標準CMOS工藝中利用固有的嵌入式垂直P + -N阱-Sub結實現成像和能量採集，並使用空穴作為成像載荷子，達到94％的高填充因子。

「為了證明這一可行性，我們製作了一個CIS晶元，並展示了功率密度為998 pW / klux / mm2的能量採集功能，同時生成了74.67 pJ /像素的FOM圖像，該像素實現了最高的功率採集密度。」

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