211service.com
Quantum Dot-cameratelefoons
Camera's van mobiele telefoons staan bekend om het maken van korrelige foto's met een lage resolutie. Een deel van het probleem is de lens, die meestal goedkoop is gemaakt en een beperkte resolutie en vermogen om licht te verzamelen heeft. Maar een ander probleem is de lichtsensor: een siliciumchip met fotodetectoren. Wanneer ze zijn verkleind om in een telefoon te passen, zijn deze chips beperkt in de hoeveelheid licht die ze kunnen opvangen.
Kwantumbits : Deze camerasensorchip bevat een laag kwantumdots die licht absorbeert voordat het het silicium bereikt.
Nu demonstreert InVisage, een startup uit Menlo Park, CA, een manier om de kwaliteit van foto's te verbeteren, in ieder geval aan de sensorzijde, zonder toevoeging van grootte, aanzienlijke complexiteit of kosten. Bij de DEMO Tijdens de conferentie in Palm Springs, CA, hebben de leidinggevenden van het bedrijf vandaag een nieuwe technologie aangekondigd, QuantumFilm genaamd, waarmee kleine camerasensoren, zoals die in mobiele telefoons, meer licht kunnen opvangen dan ooit tevoren. QuantumFilm is gewoon een laag kwantumstippen - kleine kristallen die licht efficiënt absorberen en fotonen of elektronen uitzenden - in een bovenste laag van de sensor. De elektronen die door QuantumFilm worden uitgezonden, worden verzameld en gesorteerd in de circuits van de chip.
Het resultaat is een sensor die twee keer zoveel licht opvangt als de standaardchip, deze twee keer zo efficiënt omzet in elektriciteit en net zo goedkoop te maken is, zegt Ted Sargent , chief technology officer van InVisage en professor in elektrische en computertechniek en de Universiteit van Toronto, waar het vroege onderzoek voor QuantumFilm begon. Silicium-beeldsensoren hebben een heel ernstig probleem omdat ze fotonen links, rechts en in het midden gewoon weggooien, zegt Sargent. Quantum dots, zegt hij, bieden een fundamentele oplossing voor het probleem.
In de digitale camera's van tegenwoordig doet een siliciumsensor dubbel werk. Het dient als een fotodetector die binnenkomend licht absorbeert en omzet in een elektrisch signaal. Maar het fungeert ook als de basis voor de elektronica die het signaal van de fotodetector opslaat en wegleidt van de chip, waar het door afzonderlijke elektronica wordt verwerkt. Het probleem is dat het fotodetectorgedeelte van het silicium vaak onder lagen van transistors, metaaldraden en een kleurenfilter zit. Door deze obstakels bereikt slechts ongeveer de helft van het oorspronkelijke licht de fotodetector.
Er zijn enkele commerciële technologieën die het probleem van de geblokkeerde fotodetector proberen aan te pakken. Fabrikanten hebben bijvoorbeeld microlenzen toegevoegd die het licht in een kleine ruimte concentreren. Maar zelfs met een groter fotodetectorgebied is silicium nog steeds niet de beste lichtcollector: het registreert minder dan de helft van de fotonen die het raken.
In plaats van silicium gebruikt InVisage een laag kwantumstippen als lichtcollector. Quantum dots zijn een relatief nieuwe technologie die pas recent hun weg naar producten heeft gevonden. QD Vision, een startup die voortkwam uit een MIT-lab, gebruikt momenteel quantum dots om de kleur van led-verlichting te verbeteren. Quantum dots kunnen ook worden gebruikt om de efficiëntie van lcd-schermen te verbeteren.
In het geval van QuantumFilm wordt een vloeibare laag van quantum dots bestaande uit lood en sulfide toegevoegd aan de bovenkant van een beeldsensor, boven de elektronica en silicium, maar onder een kleurenfilter. Licht gaat door het kleurenfilter en wordt geabsorbeerd door de kwantumstippen, waardoor een negatief geladen elektron ontstaat en de ander een positief geladen gat. Volgens Sargent is de kwantumdotlaag ongeveer twee keer zo efficiënt als silicium en registreert hij bijna 100 procent van de fotonen. Een elektrisch veld onder de kwantumdot-laag scheidt de elektronen van de gaten en veegt de elektronen weg naar de onderliggende circuits, waar ze worden gemeten als een elektrisch signaal.
De belangrijkste overweging voor het toevoegen van een nieuwe laag of apparaat aan een product is ervoor te zorgen dat het goedkoop kan worden vervaardigd, zegt Seth Coe-Sullivan, chief technology officer bij QD Vision . Het integreren van kwantumstippen in siliciumproductieprocessen is waar InVisage zich op onbekend terrein bevindt, zegt Coe-Sullivan.
InVisage past een proces aan dat al is gebruikt om de chips te maken door een fotoresist op een siliciumwafel aan te brengen, om kenmerken in het silicium te etsen. Nadat alle transistors zijn gemaakt en metalen verbindingen zijn gelegd, wordt op dezelfde manier als de fotoresist een kleine hoeveelheid vloeistof met quantum dots op de wafer gesponnen. De oplossing droogt op en laat een laag kwantumstippen van ongeveer een micron dik achter.
Het is een moeilijke taak om de siliciumsensor die in camera's van mobiele telefoons wordt gebruikt, volledig te reviseren, omdat het een kostengevoelig apparaat is. Hoewel kwantumdots, mits op de juiste manier voorbereid, licht kunnen filteren, zullen fabrikanten waarschijnlijk de originele kleurenfilters op de sensoren behouden, althans in het begin. Als QuantumFilm echter van de grond komt, kunnen fabrikanten de filters volledig verwijderen, zegt Sargent.
Peter Catrysse, een onderzoeker die werkt aan nanofotonische materialen aan de Stanford University, is het ermee eens dat het goed is om te beginnen met kleine veranderingen in het sensorontwerp en niet te proberen alles in één keer te veranderen. Hoewel dat misschien niet de grootste belofte is die op kwantumdots gebaseerde fotodetectoren te bieden hebben, kan het hun technologie binnen de deur krijgen, zegt hij.
InVisage, dat sinds de oprichting in 2006 meer dan $ 30 miljoen aan financiering heeft aangetrokken, is een samenwerking aangegaan met Taiwan Semiconductor Manufacturing Company om de kwantumdots te integreren in het productieproces van siliciumchips. Het bedrijf verwacht hun camerasensoren over 10 maanden te testen en de eerste quantum dot-camera's zouden tegen het einde van 2011 op de markt kunnen komen.