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Telefoni con fotocamera Quantum Dot
Le fotocamere dei cellulari sono famose per scattare foto sgranate e a bassa risoluzione. Parte del problema è l'obiettivo, che di solito è realizzato a buon mercato e ha una risoluzione e una capacità limitate di raccogliere la luce. Ma un altro problema è il sensore di luce: un chip di silicio contenente fotorivelatori. Quando vengono ridotti per adattarsi a un telefono, questi chip sono limitati nella quantità di luce che possono catturare.
Bit quantici : Il chip del sensore della fotocamera contiene uno strato di punti quantici che assorbe la luce prima che raggiunga il silicio.
Ora, InVisage, una startup con sede a Menlo Park, CA, sta dimostrando un modo per migliorare la qualità delle immagini, almeno dal lato del sensore, senza aggiungere dimensioni, complessità significative o costi. Al DEMO conferenza a Palm Springs, CA, oggi i dirigenti dell'azienda hanno annunciato una nuova tecnologia chiamata QuantumFilm che consente ai piccoli sensori della fotocamera, come quelli dei telefoni cellulari, di catturare più luce che mai. QuantumFilm è semplicemente uno strato di punti quantici, minuscoli cristalli che assorbono efficacemente la luce ed emettono fotoni o elettroni, in uno strato superiore del sensore. Gli elettroni emessi da QuantumFilm vengono raccolti e ordinati nel circuito del chip.
Il risultato è un sensore che raccoglie il doppio della luce del chip standard, lo converte in elettricità in modo due volte più efficiente ed è altrettanto economico da realizzare, afferma Ted Sargent , chief technology officer di InVisage e professore di ingegneria elettrica e informatica e l'Università di Toronto, dove sono iniziate le prime ricerche per QuantumFilm. I sensori di immagine al silicio hanno un problema davvero grave in quanto buttano via i fotoni a sinistra, a destra e al centro, afferma Sargent. I punti quantici, dice, forniscono una soluzione fondamentale al problema.
Nelle odierne fotocamere digitali, un sensore al silicio svolge una doppia funzione. Funge da fotorilevatore che assorbe la luce in ingresso e la converte in un segnale elettrico. Ma funge anche da base per l'elettronica che memorizza il segnale dal fotorilevatore e lo allontana dal chip, dove viene elaborato da un'elettronica separata. Il problema è che la parte del fotorilevatore del silicio spesso si trova sotto strati di transistor, fili metallici e un filtro colorato. A causa di questi ostacoli, solo la metà circa della luce originale raggiunge il fotorilevatore.
Esistono alcune tecnologie commerciali che cercano di affrontare il problema del fotorilevatore ostruito. Ad esempio, i produttori hanno aggiunto microlenti che focalizzano la luce in uno spazio minuscolo. Ma anche con un'area del fotorilevatore più grande, il silicio non è ancora il miglior collettore di luce: registra meno della metà dei fotoni che lo colpiscono.
Invece del silicio, InVisage utilizza uno strato di punti quantici come collettore di luce. I punti quantici sono una tecnologia relativamente nuova che solo di recente ha trovato la sua strada nei prodotti. QD Vision, una startup nata da un laboratorio del MIT, sta attualmente utilizzando punti quantici per migliorare il colore dell'illuminazione a LED. I punti quantici possono essere utilizzati anche per migliorare l'efficienza dei display a cristalli liquidi.
Nel caso di QuantumFilm, uno strato liquido di punti quantici costituito da piombo e solfuro viene aggiunto nella parte superiore di un sensore di immagine, sopra l'elettronica e il silicio, ma sotto un filtro colorato. La luce passa attraverso il filtro colorato e viene assorbita dai punti quantici, creando un elettrone caricato negativamente e l'altro un foro caricato positivamente. Secondo Sargent, lo strato di punti quantici è circa due volte più efficiente del silicio, registrando quasi il 100% dei fotoni. Un campo elettrico al di sotto dello strato di punti quantici separa gli elettroni dai fori, spazzando via gli elettroni verso i circuiti sottostanti, dove vengono misurati come segnale elettrico.
La considerazione principale per l'aggiunta di un nuovo strato o dispositivo in un prodotto è assicurarsi che possa essere fabbricato a basso costo, afferma Seth Coe-Sullivan, chief technology officer di QD Vision . L'integrazione dei punti quantici nei processi di produzione del silicio è il punto in cui InVisage si trova in un territorio inesplorato, afferma Coe-Sullivan.
InVisage sta modificando un processo già utilizzato per realizzare i chip applicando un fotoresist a un wafer di silicio, per incidere le caratteristiche nel silicio. Dopo che tutti i transistor sono stati realizzati e sono state stabilite le interconnessioni metalliche, una piccola quantità di liquido contenente punti quantici viene fatta ruotare sul wafer allo stesso modo del fotoresist. La soluzione si asciuga e lascia uno strato di punti quantici dello spessore di circa un micron.
È un compito difficile revisionare completamente il sensore al silicio utilizzato nelle fotocamere dei telefoni cellulari perché è un dispositivo sensibile ai costi. Mentre i punti quantici, se preparati in modo appropriato, hanno la capacità di filtrare la luce, è probabile che i produttori mantengano i filtri colorati originali sui sensori, almeno all'inizio. Tuttavia, se QuantumFilm decolla, i produttori potrebbero eliminare completamente i filtri, afferma Sargent.
Peter Catrysse, un ricercatore che lavora sui materiali nanofotonici presso la Stanford University, concorda sul fatto che è bene iniziare con piccole modifiche al design del sensore e non provare a cambiare tutto in una volta. Anche se ciò potrebbe non offrire la più grande promessa che i fotorilevatori basati su punti quantici hanno da offrire, potrebbe portare la loro tecnologia alla porta, dice.
InVisage, che ha attirato oltre 30 milioni di dollari di finanziamenti da quando è stata fondata nel 2006, ha stretto una partnership con la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company per integrare i punti quantici nel processo di produzione dei chip di silicio. L'azienda prevede di campionare i sensori della fotocamera in 10 mesi e le prime fotocamere a punti quantici potrebbero essere sul mercato entro la fine del 2011.