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Teléfonos con cámara Quantum Dot
Las cámaras de los teléfonos móviles son famosas por tomar fotografías granuladas y de baja resolución. Parte del problema es la lente, que suele ser de fabricación económica y tiene una resolución y capacidad limitadas para captar luz. Pero otro problema es el sensor de luz: un chip de silicio que contiene fotodetectores. Cuando se encogen para caber en un teléfono, estos chips están limitados en la cantidad de luz que pueden capturar.
Bits cuánticos : Este chip sensor de cámara contiene una capa de puntos cuánticos que absorbe la luz antes de que llegue al silicio.
Ahora, InVisage, una startup con sede en Menlo Park, CA, está demostrando una forma de mejorar la calidad de las imágenes, al menos en el lado del sensor, sin agregar tamaño, complejidad significativa o costo. En el MANIFESTACIÓN en Palm Springs, CA, hoy, los ejecutivos de la compañía anunciaron una nueva tecnología llamada QuantumFilm que permite que pequeños sensores de cámara, como los de los teléfonos móviles, capturen más luz que nunca. QuantumFilm es simplemente una capa de puntos cuánticos, pequeños cristales que absorben la luz de manera eficiente y emiten fotones o electrones, en una capa superior del sensor. Los electrones emitidos por QuantumFilm se recogen y clasifican en los circuitos del chip.
El resultado es un sensor que recolecta el doble de luz que el chip estándar, lo convierte en electricidad con el doble de eficiencia y es igualmente económico de fabricar, dice. Ted Sargent , director de tecnología de InVisage y profesor de ingeniería eléctrica e informática y de la Universidad de Toronto, donde comenzaron las primeras investigaciones de QuantumFilm. Los sensores de imagen de silicio tienen un problema realmente severo, ya que simplemente tiran los fotones a la izquierda, a la derecha y al centro, dice Sargent. Los puntos cuánticos, dice, proporcionan una solución fundamental al problema.
En las cámaras digitales actuales, un sensor de silicio cumple una doble función. Sirve como fotodetector que absorbe la luz entrante y la convierte en una señal eléctrica. Pero también actúa como la base de la electrónica que almacena la señal del fotodetector y la enruta fuera del chip, donde es procesada por componentes electrónicos separados. El problema es que la parte fotodetectora del silicio a menudo se encuentra debajo de capas de transistores, cables metálicos y un filtro de color. Debido a estas obstrucciones, solo aproximadamente la mitad de la luz original llega al fotodetector.
Existen algunas tecnologías comerciales que intentan abordar el problema del fotodetector obstruido. Por ejemplo, los fabricantes han agregado microlentes que enfocan la luz en un espacio diminuto. Pero incluso con un área de fotodetector más grande, el silicio todavía no es el mejor colector de luz: registra menos de la mitad de los fotones que lo golpean.
En lugar de silicio, InVisage utiliza una capa de puntos cuánticos como colector de luz. Los puntos cuánticos son una tecnología relativamente nueva que solo recientemente se ha introducido en los productos. QD Vision, una startup que surgió de un laboratorio del MIT, actualmente utiliza puntos cuánticos para mejorar el color de la iluminación LED. Los puntos cuánticos también se pueden utilizar para mejorar la eficiencia de las pantallas de cristal líquido.
En el caso de QuantumFilm, se agrega una capa líquida de puntos cuánticos que consta de plomo y sulfuro en la parte superior de un sensor de imagen, sobre la electrónica y el silicio, pero debajo de un filtro de color. La luz pasa a través del filtro de color y es absorbida por los puntos cuánticos, creando un electrón cargado negativamente y el otro un agujero cargado positivamente. Según Sargent, la capa de puntos cuánticos es aproximadamente dos veces más eficiente que el silicio y registra casi el 100 por ciento de los fotones. Un campo eléctrico debajo de la capa de puntos cuánticos separa los electrones de los agujeros, arrastrando los electrones hacia los circuitos de abajo, donde se miden como una señal eléctrica.
La consideración principal para agregar una nueva capa o dispositivo a un producto es asegurarse de que se pueda fabricar a bajo costo, dice Seth Coe-Sullivan, director de tecnología de QD Vision . La integración de puntos cuánticos en los procesos de fabricación de silicio es donde InVisage se encuentra en un territorio inexplorado, dice Coe-Sullivan.
InVisage está modificando un proceso que ya se utiliza para fabricar los chips aplicando un fotorresistente a una oblea de silicio, para grabar características en el silicio. Una vez que se han fabricado todos los transistores y se han colocado las interconexiones metálicas, se hace girar una pequeña cantidad de líquido que contiene puntos cuánticos sobre la oblea de la misma manera que la fotorresistencia. La solución se seca y deja una capa de puntos cuánticos de aproximadamente una micra de espesor.
Es una tarea difícil revisar por completo el sensor de silicio que se usa en las cámaras de los teléfonos celulares porque es un dispositivo sensible a los costos. Si bien los puntos cuánticos, cuando se preparan adecuadamente, tienen la capacidad de filtrar la luz, es probable que los fabricantes mantengan los filtros de color originales en los sensores, al menos al principio. Sin embargo, si QuantumFilm despega, los fabricantes podrían deshacerse de los filtros por completo, dice Sargent.
Peter Catrysse, un investigador que trabaja en materiales nanofotónicos en la Universidad de Stanford, está de acuerdo en que es bueno comenzar con pequeños cambios en el diseño del sensor y no intentar cambiar todo a la vez. Si bien eso podría no ofrecer la mayor promesa que los fotodetectores basados en puntos cuánticos tienen para ofrecer, puede poner su tecnología en la puerta, dice.
InVisage, que ha atraído más de $ 30 millones en fondos desde su fundación en 2006, se ha asociado con Taiwan Semiconductor Manufacturing Company para integrar los puntos cuánticos en el proceso de fabricación de chips de silicio. La compañía espera tomar muestras de los sensores de sus cámaras en 10 meses, y las primeras cámaras de puntos cuánticos podrían estar en el mercado a fines de 2011.