ماژول های کوچک فوتوولتاییک CMOS ولتاژ بالا با قابلیت روشنایی 12.5 ولتی
چکیده
در این مقاله یک فرآیند تک مرحله ای حذف زیرلایه (لایه فرعی) موضعی (LSR) را برای ساخت ماژول کوچک فوتوولتاییک (PV) از نوع CMOS با قابلیت روشنایی از پشت را به کار گرفته ایم که مناسب کاربردهای ولتاژ بالا و توان پایین است. LSR به عنوان ارتقاء فناوری ماژول چند تراشه ای در نظر گرفته می شود و خلاء فیزیکی 50 میکرومتری را بین سلول های PV واقع بر روی تراشه برای عایق سازی الکتریکی فراهم می کند در حالی که از نیاز به مراحل زمان گیر برداشت و قرارگیری اجتناب می کند. اثباتی از مفهوم ماژول PV به ولتاژ مدار باز 12.5 ولت و جریان اتصال کوتاه در حد میکرو آمپر در یک ضریب شکل دهی کوچک (3.13 V/mm2) دست یافته است. ساخت این ماژول کوچک PV برمبنای فرآیندهای استاندارد ساخت/ بسته بندی میکرو الکترونیک است و در نتیجه یکپارچگی با دیگر عناصر میکرو الکترونیک تضمین می شود.
1. مقدمه
پیشرفت های اخیر در زمینه طراحی مدار و فناوری نیمه رسانای اکسید فلزی مکما (CMOS) اندازه و مصرف توان نودهای حسگر مستقل و دستگاه های پزشکی قابل پیاده سازی را به طور عظیمی کاهش داده است [1-3] و در نتیجه در را به روی توسعه سیستم های دارای تامین توان به صورت مستقل باز کرده است. تولید برق از نور با استفاده از دستگاه های فوتوولتاییک مبتنی بر سیلیکون به عنوان جایگزین قابل قبولی برای باتری ها پذیرفته شده است اما تنها ولتاژ خروجی 0.5 ولتی تولید شده توسط یک PV سیلیکونی برای راه اندازی ترانزیستورها کافی نیست که به طور معمول نیازمند ولتاژ راه اندازی 1.2 ولت یا بیشتر است. علاوه بر این، راه اندازی فعال کننده های الکترو استاتیکی سیستم میکرو الکترو مکانیکی (MEMS) پیاده سازی شده توسط فرآیند ذوب CMOS به طور معمول نیازمند منبع تغذیه ولتاژ بالا (بیشتر از 10 ولت) و جریان فعال سازی پایین (بیشتر از 1 میکرو آمپر) است [4,5]. این مساله با پیاده سازی یک CMOS PV متصل به یک مدار تقویت کننده ولتاژ dc/dc به منظور افزایش ولتاژ dc مربوط به PV تا سطح مطلوب با قراردادن تعداد زیادی دوبرابر کننده ولتاژ رفع شده است [6]. متاسفانه راندمان مدارهای تقویت کننده ولتاژ به طور زیادی به شدت روشنایی بستگی دارد که به سلول های PV می رسد [4,6]. در مقابل، یک آرایه کوچک PV می تواند به عنوان یک مبدل راه اندازی dc/dc بدون نیاز به پمپ شارژ یا مبدل های سوئچینگ عمل کند و در نتیجه از استفاده از مدارهای فرکانس بالا و سوئیچ شده با خازن یا القاگرهای بزرگ اجتناب می کند. این حقیقت که PVها به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند امکان افزایش ولتاژ آرایه ای تا سطوح مناسب برای راه اندازی سیستم های MEMS با توان پایین بر روی تراشه را فراهم می کند [7,8].
ABSTRACT
In this paper, we employed a one-step localized substrate removal (LSR) process to fabricate a backside-illuminated CMOS photovoltaic (PV) mini-module suitable for high-voltage and low-power applications. LSR can be considered an upgrade of multichip module technology, by providing a 50-µm physical gap between on-chip PV cells for electrical isolation, while avoiding the need for time-consuming pick-and-place steps. A proof-of-concept PV module achieved open-circuit voltage of 12.5-V and µA-scale short-circuit current within a small form factor (3.13 V/mm2). The fabrication of this PV mini-module is based on standard microelectronics manufacturing/packaging processes, thereby ensuring easy integration with other microelectronics for self-powered systems.
I. INTRODUCTION
Recent advances in circuit design and complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology have greatly reduced the size and power consumption of autonomous sensor nodes and implantable medical devices [1]–[3], thereby opening the door to the development of selfpowered systems. The production of electricity from light using silicon-based photovoltaic devices (PVs) is viewed as a promising alternative to batteries, but only 0.5 V output voltage generated by a silicon PV is not sufficient to drive transistors, which typically require a driving voltage of 1.2V or higher. In addition, driving the microelectro-mechanical system (MEMS) electrostatic actuators implemented by a foundry CMOS process typically requires a high-voltage power supply (>10V) and low activation current (>1µA) [4], [5]. This issue has been overcome by implementing a CMOS PV connected to a dc/dc voltage booster circuit to increase the dc voltage of the PV to a desired level by inserting as many voltage doublers as required [6]. Unfortunately, the efficiency of voltage booster circuits depends largely on the intensity of illumination reaching the PV cells [3], [6]. In contrast, a miniature PV array can function as a dc/dc step-up converter without the need for a conventional charge pump or switching converters, thereby avoiding the use of switched-capacitor high frequency circuits or bulk inductors. The fact that PVs are connected serially allows for the scaling up of array voltage to levels suitable for low-power MEMS actuation [7], [8].
چکیده
1. مقدمه
2. طراحی و آزمایش ها
3. نتایج و بحث
4. نتیجه گیری
ABSTRACT
I. INTRODUCTION
II. DESIGN AND EXPERIMENTS
III. RESULTS AND DISCUSSION
IV. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه