Telefony z aparatem Quantum Dot

Aparaty do telefonów komórkowych słyną z robienia ziarnistych zdjęć o niskiej rozdzielczości. Częścią problemu jest obiektyw, który zazwyczaj jest tanio wykonany i ma ograniczoną rozdzielczość oraz zdolność do zbierania światła. Ale innym problemem jest czujnik światła: krzemowy chip zawierający fotodetektory. Po zmniejszeniu, aby zmieścić się w telefonie, chipy te mają ograniczoną ilość światła, które mogą przechwycić.

Bity kwantowe : Ten chip czujnika aparatu zawiera warstwę kropek kwantowych, które pochłaniają światło, zanim dotrze ono do krzemu.

Teraz InVisage, start-up z Menlo Park w Kalifornii, demonstruje sposób na poprawę jakości zdjęć, przynajmniej po stronie czujnika, bez zwiększania rozmiaru, znacznej złożoności czy kosztów. Na PRÓBNY na konferencji w Palm Springs w Kalifornii dyrektorzy firmy ogłosili dziś nową technologię o nazwie QuantumFilm, która umożliwia małym czujnikom kamer, takim jak te w telefonach komórkowych, przechwytywanie większej ilości światła niż kiedykolwiek wcześniej. QuantumFilm to po prostu warstwa kropek kwantowych – maleńkich kryształów, które skutecznie pochłaniają światło i emitują fotony lub elektrony – w górnej warstwie czujnika. Elektrony emitowane przez QuantumFilm są zbierane i sortowane w obwodach chipa.

Rezultatem jest czujnik, który zbiera dwa razy więcej światła niż standardowy chip, przetwarza je na energię elektryczną dwa razy wydajniej i jest tak samo tani w produkcji, mówi Ted Sargent , dyrektor ds. technologii w InVisage i profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz University of Toronto, gdzie rozpoczęły się wczesne badania nad QuantumFilm. Krzemowe czujniki obrazu mają naprawdę poważny problem, ponieważ po prostu odrzucają fotony z lewej strony i ze środka, mówi Sargent. Mówi, że kropki kwantowe stanowią fundamentalne rozwiązanie tego problemu.

W dzisiejszych aparatach cyfrowych czujnik krzemowy spełnia podwójną funkcję. Służy jako fotodetektor, który pochłania wpadające światło i przekształca je w sygnał elektryczny. Ale działa również jako podstawa dla elektroniki, która przechowuje sygnał z fotodetektora i kieruje go z dala od chipa, gdzie jest przetwarzany przez oddzielną elektronikę. Problem polega na tym, że fotodetektor w krzemie często znajduje się pod warstwami tranzystorów, metalowych drutów i filtru barwnego. Z powodu tych przeszkód do fotodetektora dociera tylko około połowy oryginalnego światła.

Istnieje kilka komercyjnych technologii, które próbują rozwiązać problem zasłoniętego fotodetektora. Na przykład producenci dodali mikrosoczewki, które skupiają światło na niewielkiej przestrzeni. Ale nawet przy większej powierzchni fotodetektora krzem nadal nie jest najlepszym kolektorem światła: rejestruje mniej niż połowę fotonów, które w niego trafiają.

Zamiast krzemu, InVisage wykorzystuje warstwę kropek kwantowych jako kolektora światła. Kropki kwantowe to stosunkowo nowa technologia, która dopiero niedawno pojawiła się w produktach. QD Vision, startup, który wyszedł z laboratorium MIT, obecnie używa kropek kwantowych do poprawy koloru oświetlenia LED. Kropki kwantowe można również wykorzystać do poprawy wydajności wyświetlaczy ciekłokrystalicznych.

W przypadku QuantumFilm, na górną część przetwornika obrazu, powyżej elektroniki i krzemu, ale poniżej filtra koloru, dodawana jest ciekła warstwa kropek kwantowych składająca się z ołowiu i siarczku. Światło przechodzi przez filtr koloru i jest pochłaniane przez kropki kwantowe, tworząc ujemnie naładowany elektron, a drugi dodatnio naładowaną dziurę. Według Sargenta warstwa kropek kwantowych jest około dwa razy wydajniejsza od krzemu, rejestrując prawie 100 procent fotonów. Pole elektryczne pod warstwą kropek kwantowych oddziela elektrony od dziur, wymiatając je do obwodów znajdujących się poniżej, gdzie są mierzone jako sygnał elektryczny.

Główną kwestią do rozważenia przy dodaniu nowej warstwy lub urządzenia do produktu jest upewnienie się, że można go tanio wyprodukować, mówi Seth Coe-Sullivan, dyrektor ds. technologii w firmie Wizja QD . Jak mówi Coe-Sullivan, integracja kropek kwantowych z procesami produkcji krzemu jest tam, gdzie InVisage znajduje się na niezbadanym terytorium.

InVisage modyfikuje proces już używany do wytwarzania chipów poprzez nałożenie fotorezystu na wafel krzemowy, aby wytrawić cechy w krzemie. Po wykonaniu wszystkich tranzystorów i ułożeniu metalowych interkonektów niewielka ilość cieczy zawierającej kropki kwantowe jest wirowana na płytkę w taki sam sposób, jak fotomaska. Roztwór wysycha i pozostawia warstwę kropek kwantowych o grubości około mikrona.

Całkowity remont czujnika krzemowego używanego w aparatach telefonów komórkowych jest trudnym zadaniem, ponieważ jest to urządzenie wrażliwe na koszty. Chociaż kropki kwantowe, odpowiednio przygotowane, mają zdolność filtrowania światła, producenci prawdopodobnie zachowają oryginalne filtry barwne na czujnikach, przynajmniej na początku. Jeśli jednak QuantumFilm wystartuje, producenci mogą całkowicie pozbyć się filtrów, mówi Sargent.

Peter Catrysse, badacz zajmujący się materiałami nanofotonicznymi na Uniwersytecie Stanforda, zgadza się, że dobrze jest zacząć od niewielkich zmian w konstrukcji czujnika i nie próbować zmieniać wszystkiego na raz. Chociaż może to nie zapewnić największej obietnicy, jaką mają do zaoferowania fotodetektory oparte na kropkach kwantowych, może to sprawić, że ich technologia stanie się drzwiami, mówi.

InVisage, który pozyskał ponad 30 milionów dolarów od momentu powstania w 2006 roku, nawiązał współpracę z Taiwan Semiconductor Manufacturing Company w celu zintegrowania kropek kwantowych z procesem produkcji chipów krzemowych. Firma spodziewa się, że za 10 miesięcy wypróbuje próbki swoich czujników, a pierwsze kamery z kropką kwantową mogą pojawić się na rynku pod koniec 2011 roku.

ukryć