Quantenpunkte revolutionieren Bildsensoren, berichtet IDTechEx

Quantenpunkte (Quantum Dots, QDs) könnten über den Einsatz in Bildsensoren neben den bestehenden industriellen Anwendungen auch auf den riesigen Bereich der Verbraucherelektronik abzielen. IDTechEx hat in seinem Bericht "Materialien und Technologien für Quantenpunkte 2024-2034: Trends, Märkte, Anwendungen" seine Sicht auf die globalen Quantenpunkt-Märkte und -Technologien veröffentlicht.

 

QDs wurden erstmals 1980 entdeckt. Es handelt sich um Halbleiter-Nanokristalle im Bereich von 2-10 Nanometern (10-50 Atome) mit in der Größe abstimmbaren Eigenschaften. Aufgrund ihrer nanoskaligen Abmessungen weisen sie Quanteneinschränkungseffekte auf, die zu bemerkenswerten optischen und elektrischen Eigenschaften führen. Sowohl die photolumineszenten als auch die elektrolumineszenten Eigenschaften von QDs können in verschiedenen Anwendungen mit unterschiedlichem Grad an Marktreife eingesetzt werden. Die Eigenschaften von Quantenpunkten können durch die Partikelgröße, das Material und die Zusammensetzung angepasst werden. QD-Materialien wie Cd-basierte, In-basierte, PbS, Perowskite sowie die neuen CuInS₂ , InAs und ZnTeSe QDs haben unterschiedliche Bandlücken und damit Absorptions- und Emissionsspektren. Diese Fähigkeit zur Feinabstimmung hat dazu geführt, dass Quantenpunkte ein beträchtliches Anwendungspotenzial haben, vor allem in Displays, Bildsensoren, Photovoltaik, Beleuchtung und verschiedenen anderen Anwendungsfällen.

 

 

QDs sind dafür bekannt, dass sie bereits in Display-Anwendungen eingesetzt werden. Eine neue Anwendung sind QDs in Bildsensoren, die in Digitalkameras, Smartphones und zahllosen anderen Geräten zu finden sind und für die Erfassung und Umwandlung von Licht in elektronische Signale zuständig sind, aus denen schließlich Bilder entstehen.

 

Als das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial ist Silizium eine ausgezeichnete Wahl für sichtbare Photodetektoren. Je nach Anwendung können jedoch auch längere Wellenlängen, wie Nahinfrarot (NIR) oder kurzwelliges Infrarot (SWIR), erforderlich sein. Für die NIR- und SWIR-Sensorik, insbesondere oberhalb von 1100 nm, die die Möglichkeiten von Silizium übersteigen, wird nach wie vor die integrierte Silizium-Leseschaltung (ROIC) verwendet, während für die Fotodetektoren alternative Halbleiter gesucht werden müssen. Die Kombination von Silizium-ROIC und Photodetektor mit heterogenen Materialien kann über drei mögliche Wege erreicht werden.

 

 

Der gängige III-V-Bildsensor wird nach dem so genannten "heterogenen Hybridisierungsverfahren" hergestellt, das unter anderem für Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) und HgCdTe gilt. Die alternative Herstellungsmethode ist das monolithische Wachstum von Photodetektoren (wie Germanium) auf Silizium-ROIC.

 

QD und andere in Lösung verarbeitbare Materialien können die Integrationsherausforderung von anorganischen Photodetektorsystemen wie GaAs überwinden. Dies liegt daran, dass sie durch monolithische Abscheidung direkt auf den ROIC-Schaltkreis aufgebracht werden können.

 

Bleisulfid-QDs (PbS) bieten den Vorteil, dass sie über ein breites Spektrum von Wellenlängen abstimmbar sind, was sie für NIR- oder SWIR-Sensoranwendungen geeignet macht. Eine interessante Möglichkeit ergibt sich, wenn sie mit einem Silizium-ROIC kombiniert werden, um einen hybriden QD-Si-NIR/SWIR-Bildsensor zu bilden. In diesem Fall kann das Sensorelement als Photodiode, Photoleiter oder Phototransistor angeordnet werden.

 

Diese innovative Integration stellt einen potenziellen Weg zu hochauflösenden NIR/SWIR-Sensoren auf Siliziumbasis mit kleinen Pixeln dar, wodurch die Notwendigkeit einer teuren und komplizierten heterogenen Hybridisierung von InGaAs-Sensoren mit Si ROIC entfällt. Die kostengünstigen hybriden QD-basierten Bildsensoren können nicht nur Anwendungen anvisieren, die traditionell mit InGaAs-SWIR-Bildsensoren realisiert werden, sondern auch dazu beitragen, neue Anwendungen zu erreichen.

 

Mit der ersten Generation von Produkten, die bereits auf dem Markt sind, und mit dem Engagement von Giganten in diesem Bereich, bleibt das Versprechen dieser Technologie groß. In diesem Bericht werden hybride QD-Si-Bildsensoren untersucht, die gleichzeitig eine hohe Auflösung, einen geringen Pixelabstand und einen Global Shutter bei potenziell niedrigen Kosten erreichen können. Darüber hinaus werden Technologieanalysen und die Vorstellung von Akteuren geboten.

 

IDTechEx Research beschäftigt sich seit 2013 intensiv mit der Erforschung von Quantenpunkttechnologien und -märkten. Während dieses Zeitraums hat IDTechEx ein unerschütterliches Engagement an den Tag gelegt, um an der Spitze der neuesten Forschungsfortschritte und Markttrends zu bleiben. Dies wurde durch ein umfangreiches Interviewprogramm, direkte Interaktionen mit Unternehmen und die aktive Teilnahme an relevanten Konferenzen und Veranstaltungen erreicht.

 

Darüber hinaus hat IDTechEx Research eng mit vielen seiner Kunden zusammengearbeitet, was ein umfassendes Verständnis ihrer Anforderungen ermöglicht. Diese Zusammenarbeit hat es ermöglicht, wertvolle Einblicke in die technologische Landschaft und die Dynamik des Marktes zu gewinnen. Zahllose Kunden haben von dieser Zusammenarbeit profitiert, indem sie eine strategische Anleitung für die Navigation durch die Komplexität der Innovation und Vermarktung der Quantenpunkttechnologie erhielten.

 

IDTechEx Research kann auf mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Analyse fortschrittlicher elektronischer Materialien und Geräte zurückblicken und hat sein Fachwissen bei der Bewertung neuer Technologien verfeinert. Diese langjährige Erfahrung ermöglicht es, die Entwicklung der verschiedenen Technologien zu verstehen, sowohl ihre Erfolge als auch ihre Rückschläge.

 

Dadurch verfügt IDTechEx über ein einzigartiges, erfahrenes Auge, wenn es darum geht, aufkommende elektronische Materialtechnologien zu analysieren. Dies ist von entscheidender Bedeutung, denn es hilft uns, eine realistische Markt- und Technologie-Roadmap zu erstellen, die das tatsächliche Potenzial der Technologie auf der Grundlage ihrer inhärenten Merkmale und der tatsächlichen technischen und kommerziellen Herausforderungen widerspiegelt, denen sie gegenübersteht.

 

Wenn Sie mehr über die Eigenschaften von QDs, ihre bestehenden und zukünftigen Anwendungen in verschiedenen Bereichen, Herausforderungen, Trends und Möglichkeiten, die Unternehmenslandschaft und das Marktpotenzial erfahren möchten, finden Sie weitere Informationen im IDTechEx-Bericht "Materialien und Technologien für Quantenpunkte 2024-2034: Trends, Märkte, Anwendungen".