211service.com
Quantum Dot kameratelefoner
Mobiltelefonkameraer er berømte for at tage kornete billeder i lav opløsning. En del af problemet er objektivet, som normalt er billigt fremstillet og har begrænset opløsning og evne til at opsamle lys. Men et andet problem er lyssensoren: en siliciumchip indeholdende fotodetektorer. Når de er krympet for at passe i en telefon, er disse chips begrænset i mængden af lys, de kan fange.
Kvantebits : Denne kamerasensorchip indeholder et lag af kvanteprikker, der absorberer lys, før det når silicium.
Nu demonstrerer InVisage, en Menlo Park, CA-baseret startup, en måde at forbedre kvaliteten af billeder på, i det mindste på sensorsiden, uden at tilføje størrelse, væsentlig kompleksitet eller omkostninger. Ved DEMO konference i Palm Springs, Californien, i dag annoncerede virksomhedens ledere en ny teknologi kaldet QuantumFilm, der lader små kamerasensorer, som dem i mobiltelefoner, fange mere lys end nogensinde før. QuantumFilm er simpelthen et lag af kvanteprikker - små krystaller, der effektivt absorberer lys og udsender enten fotoner eller elektroner - i et øverste lag af sensoren. Elektronerne, der udsendes af QuantumFilm, opsamles og sorteres i chippens kredsløb.
Resultatet er en sensor, der opsamler dobbelt så meget lys som standardchippen, omdanner det til elektricitet dobbelt så effektivt og er lige så billig at lave, siger Ted Sargent , teknologichef for InVisage og professor i elektro- og computerteknik og University of Toronto, hvor den tidlige forskning for QuantumFilm begyndte. Silicium billedsensorer har et virkelig alvorligt problem, idet de bare smider fotoner væk til højre og midterste, siger Sargent. Kvanteprikker, siger han, giver en grundlæggende løsning på problemet.
I nutidens digitale kameraer gør en siliciumsensor dobbelt funktion. Den fungerer som en fotodetektor, der absorberer indkommende lys og konverterer det til et elektrisk signal. Men det fungerer også som fundamentet for elektronikken, der lagrer signalet fra fotodetektoren og dirigerer det væk fra chippen, hvor det behandles af separat elektronik. Problemet er, at fotodetektordelen af siliciumet ofte sidder under lag af transistorer, metalledninger og et farvefilter. På grund af disse forhindringer når kun omkring halvdelen af det originale lys fotodetektoren.
Der er nogle kommercielle teknologier, der forsøger at løse problemet med den blokerede fotodetektor. For eksempel har producenter tilføjet mikrolinser, der fokuserer lyset i et lille rum. Men selv med et større fotodetektorområde er silicium stadig ikke den bedste lysopsamler: det registrerer mindre end halvdelen af de fotoner, der rammer det.
I stedet for silicium bruger InVisage et lag af kvanteprikker som lysopsamler. Kvanteprikker er en relativt ny teknologi, som først for nylig har fundet vej til produkter. QD Vision, en startup, der stammer fra et MIT-laboratorium, bruger i øjeblikket kvanteprikker til at forbedre farven på LED-belysning. Kvanteprikker kan også bruges til at forbedre effektiviteten af flydende krystalskærme.
I tilfældet med QuantumFilm tilføjes et flydende lag af kvanteprikker bestående af bly og sulfid i toppen af en billedsensor, over elektronikken og silicium, men under et farvefilter. Lys passerer gennem farvefilteret og absorberes af kvanteprikkerne, hvilket skaber en negativt ladet elektron, og den anden et positivt ladet hul. Ifølge Sargent er kvantepriklaget cirka dobbelt så effektivt som silicium og registrerer næsten 100 procent af fotonerne. Et elektrisk felt under kvantepunktlaget adskiller elektronerne fra hullerne og fejer elektronerne væk til kredsløbet nedenfor, hvor de måles som et elektrisk signal.
Den største overvejelse for at tilføje et nyt lag eller en enhed i et produkt er at sikre, at det kan fremstilles billigt, siger Seth Coe-Sullivan, teknologichef hos QD Vision . At integrere kvanteprikker i siliciumfremstillingsprocesser er, hvor InVisage er på ukendt territorium, siger Coe-Sullivan.
InVisage modificerer en proces, der allerede er brugt til at fremstille chipsene ved at påføre en fotoresist på en siliciumwafer for at ætse træk ind i siliciumet. Efter at alle transistorer er blevet lavet og metalforbindelser er blevet lagt ned, spindes en lille mængde væske indeholdende kvanteprikker på waferen på samme måde som fotoresisten. Opløsningen tørrer og efterlader et lag af kvanteprikker omkring en mikron tykt.
Det er en vanskelig opgave fuldstændigt at revidere siliciumsensoren, der bruges i mobiltelefonkameraer, fordi det er en omkostningsfølsom enhed. Mens kvanteprikker, når de er forberedt korrekt, har evnen til at filtrere lys, vil producenter sandsynligvis beholde de originale farvefiltre på sensorerne, i det mindste i begyndelsen. Men hvis QuantumFilm tager fart, kan producenterne slippe helt af med filtrene, siger Sargent.
Peter Catrysse, en forsker, der arbejder med nanofotoniske materialer ved Stanford University, er enig i, at det er godt at starte med små ændringer i sensordesignet og ikke prøve at ændre alt på én gang. Selvom det måske ikke giver det største løfte, som kvanteprikbaserede fotodetektorer har at tilbyde, kan det få deres teknologi ind ad døren, siger han.
InVisage, som har tiltrukket mere end $30 millioner i finansiering, siden det blev grundlagt i 2006, har indgået et samarbejde med Taiwan Semiconductor Manufacturing Company for at integrere kvanteprikkerne i siliciumchipfremstillingsprocessen. Virksomheden forventer at prøve deres kamerasensorer om 10 måneder, og de første kvanteprikkameraer kan være på markedet inden udgangen af 2011.