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.

نمونه ترجمه مقاله:

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[1] 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]. متاسفانه قراردادن PV های CMOS به صورت سری یک راهکار سر راست نیست که دلیل آن زمین مشترک مربوط به به اشتراک گذاری همان زیرلایه است [9-11]. فناوری ماژول چند تراشه ای[2] (MCM) می تواند راهکاری برای اتصال سری تعداد زیادی CMOS PV منحصر به فرد از طریق بسته بندی میکرو الکترونیکی باشد [12]؛ با این حال، این روش زمان بر و به شدت ناکارآمد است به ویژه در ساخت آرایه های کوچک PV با ولتاژ بسیار بالا که نیازمند مونتاژ ده ها یا حتی صدها صفحه PV است. اخیرا اثبات مفهوم فرآیند حذف موضعی زیرلایه (LSR) به منظور ایجاد عایق سازی الکتریکی و اتصال متوالی چهار سلول PV موجود بر روی تراشه تولید کننده ولتاژ خروجی 2.05 ولت ارائه شده است [13]. در این مطالعه ماژول کوچک CMOS PV با روشنایی از سمت عقب[3] (BSI) ولتاژ بالا (حداکثر 12.5 ولت) را با کسکید کردن 25 سلول BSI-PV موجود بر روی تراشه به صورت سری از طریق یک LSR تک مرحله ای توسعه داده ایم. این کار اجتناب از مراحل برداشت و قرارگیری مورد نیاز برای MCM را امکان پذیر می سازد. ساخت ماژول

[1] self powered

[2] Multichip module

[3] backside illuminated