I punti quantici stanno rivoluzionando i sensori di immagine, riferisce IDTechEx

I punti quantici (QD) potrebbero potenzialmente essere destinati all'enorme applicazione dell'elettronica di consumo attraverso la loro adozione nei sensori di immagine, oltre alle applicazioni industriali esistenti. IDTechEx ha pubblicato il suo parere sui mercati globali dei punti quantici e sulle tecnologie abilitanti nel rapporto "Materiali E Tecnologie Quantum Dot 2024-2034: Tendenze, Mercati, Applicazioni".

 

I QD sono stati scoperti per la prima volta nel 1980. Sono nanocristalli semiconduttori dell'ordine di 2-10 nanometri (10-50 atomi) con caratteristiche regolabili in base alle dimensioni. Grazie alle loro dimensioni nanometriche, presentano effetti di confinamento quantistico che portano a notevoli caratteristiche ottiche ed elettriche. Entrambe le caratteristiche fotoluminescenti ed elettroluminescenti dei QD possono essere potenzialmente applicate in varie applicazioni con diversi livelli di disponibilità commerciale. Le caratteristiche dei punti quantici possono essere regolate dalla dimensione delle particelle, dal materiale e dalla composizione. I materiali dei QD, come quelli a base di Cd, In, PbS, perovskiti e gli emergenti CuInS₂ , InAs e ZnTeSe, hanno bandgap diversi e quindi spettri di assorbimento ed emissione diversi. Questa capacità di regolazione fine ha determinato un notevole potenziale applicativo dei punti quantici, in particolare nei display, nei sensori di immagine, nel fotovoltaico, nell'illuminazione e in vari altri casi di utilizzo.

 

 

I QD sono ben noti per la loro adozione nelle applicazioni di visualizzazione. È un'applicazione emergente quella dei QD nei sensori di immagine, che si trovano nelle fotocamere digitali, negli smartphone e in innumerevoli altri dispositivi, responsabili della cattura e della conversione della luce in segnali elettronici che formano le immagini.

 

Il silicio, il materiale semiconduttore più diffuso, è una scelta eccellente per i fotorivelatori visibili. Tuttavia, a seconda dell'applicazione, possono essere necessarie lunghezze d'onda ancora maggiori, come il vicino infrarosso (NIR) o l'infrarosso a onde corte (SWIR). Per il rilevamento NIR e SWIR, soprattutto al di sopra dei 1100 nm, che sono al di là delle capacità del silicio, viene ancora utilizzato il circuito integrato di lettura del silicio (ROIC), mentre per i fotorivelatori è necessario cercare semiconduttori alternativi. La combinazione di ROIC e fotorivelatore al silicio con materiali eterogenei può essere realizzata attraverso tre possibili percorsi.

 

 

L'attuale sensore di immagine III-V viene fabbricato mediante il cosiddetto processo di "ibridazione eterogenea", che si applica ad esempi quali l'arseniuro di indio e gallio (InGaAs) e HgCdTe, ecc. Il metodo di fabbricazione alternativo consiste nella crescita monolitica del fotorivelatore (come il germanio) sul silicio ROIC.

 

I QD e altri materiali processabili in soluzione possono superare la sfida dell'integrazione dei sistemi fotorivelatori inorganici come il GaAs. Possono infatti essere applicati direttamente sul circuito ROIC tramite deposizione monolitica.

 

I QD al solfuro di piombo (PbS) offrono il vantaggio della sintonizzazione su un ampio spettro di lunghezze d'onda, rendendoli adatti ad applicazioni di rilevamento NIR o SWIR. Una possibilità intrigante è quella di combinarli con un ROIC di silicio per formare un sensore di immagine ibrido QD-Si NIR/SWIR. In questo caso, l'elemento di rilevamento può essere disposto come fotodiodo, fotoconduttore o fototransistor.

 

Questa integrazione innovativa presenta un potenziale percorso verso la realizzazione di sensori NIR/SWIR ad alta risoluzione a piccolo pixel basati su silicio, eliminando la necessità di una costosa e complicata ibridazione eterogenea di sensori InGaAs con Si ROIC. I sensori di immagine ibridi a basso costo basati sui QD possono non solo essere destinati alle applicazioni tradizionalmente realizzate dai sensori di immagine SWIR all'InGaAs, ma anche contribuire a raggiungere nuove applicazioni.

 

Con la prima generazione di prodotti già sul mercato e i giganti che si stanno impegnando in questo settore, la promessa di questa tecnologia rimane forte. Questo rapporto analizza i sensori di immagine ibridi QD-Si che possono raggiungere contemporaneamente alta risoluzione, basso pixel pitch e global shutter con costi potenzialmente bassi. Vengono inoltre fornite l'analisi della tecnologia e le presentazioni degli operatori.

 

IDTechEx Research è profondamente impegnata nell'esplorazione delle tecnologie e dei mercati dei punti quantici dal 2013. Durante questo periodo, IDTechEx ha mantenuto un impegno costante per rimanere all'avanguardia degli ultimi progressi della ricerca e delle tendenze del mercato. Questo obiettivo è stato raggiunto attraverso un ampio programma di interviste, interazioni dirette con le aziende e la partecipazione attiva a conferenze ed eventi di rilievo.

 

Inoltre, IDTechEx Research ha lavorato a stretto contatto con molti dei suoi clienti, consentendo una comprensione completa delle loro esigenze. Questa collaborazione ha facilitato la fornitura di preziosi approfondimenti sia sul panorama tecnologico che sulle dinamiche del mercato. Innumerevoli clienti hanno beneficiato di questo impegno, ricevendo una guida strategica per navigare nelle complessità dell'innovazione e della commercializzazione della tecnologia dei punti quantici.

 

Grazie a oltre due decenni di esperienza nell'analisi dei materiali e dei dispositivi elettronici avanzati, IDTechEx Research ha affinato la propria competenza nella valutazione delle tecnologie emergenti. Questa lunga storia fornisce un punto di vista privilegiato da cui comprendere le traiettorie delle varie tecnologie, comprendendo sia i loro successi che i loro insuccessi.

 

Ciò conferisce a IDTechEx un occhio esperto unico quando si tratta di analizzare le tecnologie emergenti dei materiali elettronici. Questo è fondamentale perché ci aiuta a stabilire una roadmap tecnologica e di mercato realistica che rifletta il vero potenziale della tecnologia in base alle sue caratteristiche intrinseche e al livello reale delle sfide tecniche e commerciali che deve affrontare.

 

Per ulteriori informazioni sulle proprietà dei QD, le loro applicazioni attuali e future in vari campi, le sfide, le tendenze e le opportunità, il panorama commerciale e il potenziale di mercato, consultare il rapporto IDTechEx "Materiali E Tecnologie Quantum Dot 2024-2034: Tendenze, Mercati, Applicazioni".