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具有太阳能电池功能的图像传感器及其电子装置制造方法及图纸

技术编号:15226371 阅读:102 留言:0更新日期:2017-04-27 06:21
根据本发明专利技术的用作图像传感器或太阳能电池的单位像素元件包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动;第一开关,所述第一开关在所述光电探测器的源极端子和第一太阳能电池总线之间导线连接并且被接通或断开;和第二开关,所述第二开关在所述光电检测器的栅极端子和第二太阳能电池总线之间导线连接并且被接通或断开,并且其特征在于产生和供给有效电功率的光能量收集和高效率光电转换的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以用作太阳能电池的图像传感器和使用所述具有太阳能电池功能的图像传感器的电子装置,特别是涉及一种在通常情况下作为图像传感器,但在必要时通过转换到特定模式用作太阳能电池运行的技术。
技术介绍
光能收集通过将光能转换为电能来对现有的电池进行无线充电,是建立物联网(IoT)、泛在传感器网络(USN)、无线传感器网络(WSN)等必然要求的技术,为涉及这些领域的各种电子装置提供半永久的电源供应。因此,光能收集技术需要微型化和集成化。虽然一些研究已经尝试了通过使用源自CMOS工艺的P-N结光电二极管技术制造类似于集成太阳能电池(ISC)的光能转换装置,以实现将光能转换装置集成到其他电路上的目的,但这种光电二极管显示出低的光电转换效率,,不足以向芯片上的电路提供足够的电能。而且,对于完全整合太阳能电池工艺与标准CMOS工艺而言还有一段很长的路要走。本专利技术涉及一种与之相关的方法和技术思想,在注册专利“图像传感器的像素单位及其光电探测器”(US8,569,806B2,US8,610,234B2和US8,669,599B2)的基础上进行改进,以提供一种像素化的集成于芯片上的太阳能电池系统(SOC)。为此,对光电探测器和通过标准CMOS工艺制造的像素化太阳能电池的结构以及运行进行描述,并且提出一种这样制造的太阳能电池像素与图像传感器像素共用一个单电池的方法,从而根据需要选择每个功能。
技术实现思路
技术问题因此,为了解决上述问题,本专利技术提供了一种方法,以使配置有高效光电探测器的太阳能电池像素与图像传感器像素共用一个单电池,并根据需要选择两种功能中的任意一种,即作为图像传感器或者作为太阳能电池以产生和存储驱动能量。技术方案根据本专利技术的一个实施方案,一种可以作为图像传感器或者太阳能电池的阵列元件包括:子元件,每个子元件在第一方向上排列两个以上的单位像素元件;和子元件开关,所述子元件开关在子元件之间被接通或者断开,以在第二方向上排列两个以上的子元件,其中子元件包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动;以及单位像素元件,所述单位像素元件包括第一开关和第二开关,所述第一开关和第二开关将所述光电探测器的端子连接到第一太阳能电池总线和第二太阳能电池总线上。根据本专利技术的另一个实施方案,一种可以作为图像传感器或者太阳能电池的阵列元件包括:子元件,所述子元件在第一方向上排列两个以上的单位像素元件;和元件开关,所述子元件开关在所述子元件之间被接通或断开,以在第二方向上排列两个以上的子元件,其中所述子元件包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动;以及根据本专利技术的一个实施方案,一种具有可以作为图像传感器或者太阳能电池的技术的电子装置,包括:图像传感器部,所述图像传感器部包括两个以上的单位像素,所述单位像素能够根据控制信号而用作太阳能电池;和处理器,所述处理器产生控制信号并将控制信号发送给所述图像传感器部,其中每个单位像素包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动。有利效果根据本专利技术的一个实施方案,提供一种技术,该技术可以用作具有光能收集功能的图像传感器,并且能有效地产生和供应能量。此外,根据本专利技术的一个优选实施方案的一种技术可以被制造为易于充分集成到包括图像传感器的相邻电路上,所有电路同样是通过CMOS工艺制造。附图说明图1是根据本专利技术的显示高效光电转换的光电探测器的剖视图;图2是根据本专利技术的用于描述光电探测器的高效光电转换机制的剖视图;图3是根据本专利技术的用于太阳能电池的光电探测器的剖视图;图4是根据本专利技术的用于描述光电探测器的发电机制的剖视图;图5是根据本专利技术第一实施方案的光电探测器的Voc获取机制的剖视图;图6是根据本专利技术第二实施方案的光电探测器的Voc获取机制的剖视图;图7根据本专利技术示出了太阳能电池单位像素的配置;图8根据本专利技术第一实施方案示出了像素阵列中的Voc获取机制;图9根据本专利技术第二实施方案示出了像素阵列中的Voc获取机制;图10是根据本专利技术第一实施方案的图像传感器的单位像素的结构示意图;图11是根据本专利技术第一实施方案的太阳能电池的单位像素的结构示意图;图12是根据本专利技术第二实施方案的图像传感器的第二单位像素的结构示意图;图13是根据本专利技术第二实施方案的太阳能电池的第二单位像素的结构示意图;图14是根据本专利技术的图像传感器阵列;图15是根据本专利技术的用作图像传感器或者太阳能电池的阵列元件;图16是根据本专利技术的用作图像传感器或者太阳能电池的电子装置的框图。具体实施方式由于本专利技术可以有多种变形和多个实施方案,现在参照附图和描述,将对一些具体实施方案进行详细地举例说明。但是,用于实施方案中的结构性和功能性描述,只不过是体现实施方案的范例而已,并且不能被解释为限制本专利技术在特定模式下实现,而应当被解释为包括在本专利技术的思想和技术范围之内的所有修改、等同和替换。相关的、众所周知的细节描述将被省略,这些细节描述应当被判定为将妨碍本专利技术的意图。本说明书中所提到的那些数字只不过是为了区分某一元件与另一元件的标识符而已,例如第一、第二等。本专利技术的一个元件被描述为“连线”、“连接”、“链接”等到其他元件,这应当被解释为该元件可以明确地、直接地与其他元件连线、连接、链接等,或者,这也应当被解释为该元件可以连线、连接、链接等到其他元件与其他元件之间,除非另有相反的规定。现在将参照附图,对本专利技术的优选实施方案进行更加具体的描述。图1是根据本专利技术的显示高效光电转换的光电探测器的剖视图。如图1所示,单位像素的光接收装置,其对应于光电探测器,是通过隧道结装置而建立的,而不是通过现有的光电二极管,薄绝缘层夹在两个导体或者两个半导体之间的隧道结装置被定义为利用在绝缘层中产生的隧穿效应而工作的电子元件。为了信息目的,作为一个基于量子力学的术语,隧穿效应是一种粒子移动的现象:具有势能的驱动力发挥其作用,穿过一个区域,该区域的势能大于粒子具有的动能。本专利技术的一个实施方案提供了一种方法,以通过这样的光电探测器生产光接收装置和太阳能电池用作单位像素,其中,在说明书和权利要求书中使用的术语“光电探测器”是指通过隧道结装置实现的光接收装置和太阳能电池。光电探测器可以被设置成各种配置,例如包括常见的N-MOSFET或者P-MOSFET。此外,单位装置也可以被设置为使用源自隧穿效应的JFET、HEMT等。如图1所示,光电探测器100具有PMOS结构。光电探测器100设置在如图1中所指定的P型衬底110上,P型衬底110包括分别对应于普通NMOS的源极和漏极的一个P+扩散层120和另一个P+扩散层130。根据本专利技术,每一个P+扩散层120、130分别被称为光电探测器的“源极”和“漏极”。源极120的顶部和漏极130的顶部分别设置有源电极121和与外部节点连线的漏电极131。N阱115设置在被掺杂到用于光电探测器110的P型衬底110中的N型杂质上。如此设置的N阱构造在被P型杂质掺杂的源极120和漏极上。此外,薄的氧化物层140设置在源极120和漏极130之间,对应于普通MOSFET栅极的被N型杂质掺杂的本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种阵列元件,用作图像传感器或太阳能电池,包括:子元件,每个子元件在第一方向上排列两个以上的单位像素元件;和子元件开关,所述子元件开关在子元件之间接通或者断开,以在第二方向上排列两个以上的子元件,其中,子元件包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动;和单位像素元件,所述单位像素元件包括第一开关和第二开关,所述第一开关和第二开关将所述光电探测器的端子连接到第一太阳能电池总线和第二太阳能电池总线。

【技术特征摘要】
2015.10.14 US 14/8835891.一种阵列元件,用作图像传感器或太阳能电池,包括:子元件,每个子元件在第一方向上排列两个以上的单位像素元件;和子元件开关,所述子元件开关在子元件之间接通或者断开,以在第二方向上排列两个以上的子元件,其中,子元件包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动;和单位像素元件,所述单位像素元件包括第一开关和第二开关,所述第一开关和第二开关将所述光电探测器的端子连接到第一太阳能电池总线和第二太阳能电池总线。2.根据权利要求1的阵列元件,其中所述子元件开关在第一子元件的第二太阳能电池总线和第二子元件的第一太阳能电池总线之间连线。3.根据权利要求1的阵列元件,还包括控制部,所述控制部产生用于在多个所述单位像素元件中的所述第一开关和第二开关的各自控制信号。4.根据权利要求1的阵列元件,其中布置在第二方向上的子元件共享第一太阳能电池总线和第二太阳能电池总线。5.一种阵列元件,用作图像传感器或者太阳能电池,包括:子元件,所述子元件在第一方向上排列两个以上的单位像素元件;和子元件开关,所述子元件开关在所述子元件之间接通或断开,以在第二方向上排列两个以上的子元件,其中,所述子元件包括光电探测器,所述光电探测器驱动由入射到栅极上的入射光所诱发的光电流沿着源极和漏极之间的沟道流动;单位像素元件,所述单位像素元件包括第一开关和第二开关,所述第一开关和第二开关将所述光电探测器的端子连接到第一太阳能电池总线和第二太阳能电池总线;以及单位像素输出端子,所述单位像素输出端子连线至所述第二太阳能电池总线并且通过电压利用光电流对所述第二太阳能电池总线充电。6.根据权利要求5的阵列元件,其中所述子元件开关在第一子元件的第二太阳能电池总线和第二子元件的第一太阳能电池总线之间连线。7.根据权利要求5的阵列元件,还包括控制部,所述控制部产生用于在多个所述单位像素元件中的第一开关和第二开关的各自控制信号。8.根据权利要求5的阵列元件,其中布置在第二方向上的子元件共享第一太阳能电池总线和第二太阳能电池总线。9.根据权利要求5的阵列元件,其中所述第一开关在所述光电检测器的栅极端子和所述第一太阳能电...

【专利技术属性】
技术研发人员:金勋
申请(专利权)人:金勋
类型:发明
国别省市:韩国;KR

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