211service.com
Quantum Dot kameratelefoner
Mobiltelefonkameror är kända för att ta korniga, lågupplösta bilder. En del av problemet är linsen, som vanligtvis är billigt tillverkad och har begränsad upplösning och förmåga att samla ljus. Men ett annat problem är ljussensorn: ett kiselchip som innehåller fotodetektorer. När de krympts för att passa i en telefon är dessa chips begränsade i mängden ljus de kan fånga.
Kvantbitar : Detta kamerasensorchip innehåller ett lager av kvantprickar som absorberar ljus innan det når kislet.
Nu visar InVisage, en Menlo Park, CA-baserad startup, ett sätt att förbättra kvaliteten på bilder, åtminstone på sensorsidan, utan att lägga till storlek, betydande komplexitet eller kostnad. Vid DEMO konferens i Palm Springs, Kalifornien, idag tillkännagav företagets chefer en ny teknik som heter QuantumFilm som låter små kamerasensorer, som de i mobiltelefoner, fånga mer ljus än någonsin tidigare. QuantumFilm är helt enkelt ett lager av kvantprickar – små kristaller som effektivt absorberar ljus och sänder ut antingen fotoner eller elektroner – i ett översta lager av sensorn. Elektronerna som emitteras av QuantumFilm samlas in och sorteras kretsens krets.
Resultatet är en sensor som samlar in dubbelt så mycket ljus som standardchippet, omvandlar det till elektricitet dubbelt så effektivt och är lika billig att tillverka, säger Ted Sargent , teknisk chef för InVisage och professor i el- och datorteknik och University of Toronto, där den tidiga forskningen för QuantumFilm började. Kiselbildsensorer har ett riktigt allvarligt problem genom att de bara kastar bort fotoner till höger och mitten, säger Sargent. Quantum dots, säger han, ger en grundläggande lösning på problemet.
I dagens digitalkameror fungerar en kiselsensor dubbelt. Den fungerar som en fotodetektor som absorberar inkommande ljus och omvandlar det till en elektrisk signal. Men den fungerar också som grunden för elektroniken som lagrar signalen från fotodetektorn och dirigerar den bort från chippet, där den bearbetas av separat elektronik. Problemet är att fotodetektordelen av kislet ofta sitter under lager av transistorer, metalltrådar och ett färgfilter. På grund av dessa hinder når bara ungefär hälften av det ursprungliga ljuset fotodetektorn.
Det finns några kommersiella tekniker som försöker lösa problemet med den blockerade fotodetektorn. Tillverkare har till exempel lagt till mikrolinser som fokuserar ljuset till ett litet utrymme. Men även med ett större fotodetektorområde är kisel fortfarande inte den bästa ljusuppsamlaren: det registrerar mindre än hälften av fotonerna som träffar den.
Istället för kisel använder InVisage ett lager av kvantprickar som ljussamlare. Quantum dots är en relativt ny teknik som först nyligen hittat sin väg in i produkter. QD Vision, en startup som startade från ett MIT-labb, använder för närvarande kvantprickar för att förbättra färgen på LED-belysning. Kvantprickar kan också användas för att förbättra effektiviteten hos LCD-skärmar.
När det gäller QuantumFilm läggs ett flytande lager av kvantprickar bestående av bly och sulfid till toppen av en bildsensor, ovanför elektroniken och kisel, men under ett färgfilter. Ljus passerar genom färgfiltret och absorberas av kvantprickarna, vilket skapar en negativt laddad elektron och den andra ett positivt laddat hål. Enligt Sargent är kvantpunktsskiktet ungefär dubbelt så effektivt som kisel och registrerar nästan 100 procent av fotonerna. Ett elektriskt fält under kvantpunktsskiktet separerar elektronerna från hålen och sveper bort elektronerna till kretsen nedanför, där de mäts som en elektrisk signal.
Det viktigaste för att lägga till ett nytt lager eller en enhet i en produkt är att se till att den kan tillverkas billigt, säger Seth Coe-Sullivan, teknisk chef på QD Vision . Att integrera kvantprickar i kiseltillverkningsprocesser är där InVisage befinner sig på okänt territorium, säger Coe-Sullivan.
InVisage modifierar en process som redan används för att göra chipsen genom att applicera en fotoresist på en kiselwafer, för att etsa in detaljer i kislet. Efter att alla transistorer har tillverkats och metallanslutningar har lagts, snurras en liten mängd vätska som innehåller kvantprickar på skivan på samma sätt som fotoresisten. Lösningen torkar och lämnar efter sig ett lager av kvantprickar som är ungefär en mikrometer tjockt.
Det är en svår uppgift att helt se över kiselsensorn som används i mobiltelefonkameror eftersom det är en kostnadskänslig enhet. Medan kvantprickar, när de förbereds på lämpligt sätt, har förmågan att filtrera ljus, kommer tillverkare sannolikt att behålla de ursprungliga färgfiltren på sensorerna, åtminstone i början. Men om QuantumFilm tar fart kan tillverkarna bli av med filtren helt, säger Sargent.
Peter Catrysse, en forskare som arbetar med nanofotoniska material vid Stanford University håller med om att det är bra att börja med små förändringar i sensordesignen och inte försöka ändra allt på en gång. Även om det kanske inte ger det största löftet som kvantpunktsbaserade fotodetektorer har att erbjuda, kan det få deras teknologi inom dörren, säger han.
InVisage, som har fått mer än 30 miljoner dollar i finansiering sedan det grundades 2006, har samarbetat med Taiwan Semiconductor Manufacturing Company för att integrera kvantprickarna i kiselchiptillverkningsprocessen. Företaget räknar med att ta prov på sina kamerasensorer om 10 månader, och de första kvantprickskamerorna kan vara på marknaden i slutet av 2011.