Téléphones avec appareil photo à points quantiques

Les appareils photo des téléphones portables sont réputés pour prendre des photos granuleuses et à faible résolution. Une partie du problème est la lentille, qui est généralement fabriquée à moindre coût et a une résolution et une capacité limitées à collecter la lumière. Mais un autre problème est le capteur de lumière : une puce de silicium contenant des photodétecteurs. Lorsqu'elles sont réduites pour tenir dans un téléphone, ces puces sont limitées dans la quantité de lumière qu'elles peuvent capturer.

Bits quantiques : cette puce de capteur de caméra contient une couche de points quantiques qui absorbe la lumière avant qu'elle n'atteigne le silicium.

Aujourd'hui, InVisage, une startup basée à Menlo Park, en Californie, démontre un moyen d'améliorer la qualité des images, au moins du côté du capteur, sans ajouter de taille, de complexité significative ou de coût. Au DÉMO conférence à Palm Springs, Californie, aujourd'hui, les dirigeants de l'entreprise ont annoncé une nouvelle technologie appelée QuantumFilm qui permet aux petits capteurs d'appareil photo, comme ceux des téléphones portables, de capturer plus de lumière que jamais auparavant. QuantumFilm est simplement une couche de points quantiques – de minuscules cristaux qui absorbent efficacement la lumière et émettent des photons ou des électrons – dans une couche supérieure du capteur. Les électrons émis par QuantumFilm sont collectés et triés dans les circuits de la puce.

Le résultat est un capteur qui collecte deux fois la lumière de la puce standard, la convertit en électricité deux fois plus efficacement et est tout aussi bon marché à fabriquer, explique Ted Sargent , directeur de la technologie d'InVisage et professeur de génie électrique et informatique et de l'Université de Toronto, où les premières recherches de QuantumFilm ont commencé. Les capteurs d'image au silicium ont un problème très grave en ce sens qu'ils jettent simplement des photons à gauche, à droite et au centre, explique Sargent. Les points quantiques, dit-il, fournissent une solution fondamentale au problème.

Dans les appareils photo numériques d'aujourd'hui, un capteur en silicium a une double fonction. Il sert de photodétecteur qui absorbe la lumière entrante et la convertit en un signal électrique. Mais il sert également de base à l'électronique qui stocke le signal du photodétecteur et l'éloigne de la puce, où il est traité par une électronique séparée. Le problème est que la partie photodétecteur du silicium se trouve souvent sous des couches de transistors, de fils métalliques et d'un filtre de couleur. En raison de ces obstructions, seulement environ la moitié de la lumière d'origine atteint le photodétecteur.

Certaines technologies commerciales tentent de résoudre le problème du photodétecteur obstrué. Par exemple, les fabricants ont ajouté des microlentilles qui concentrent la lumière dans un espace minuscule. Mais même avec une plus grande surface de photodétecteur, le silicium n'est toujours pas le meilleur collecteur de lumière : il enregistre moins de la moitié des photons qui le frappent.

Au lieu de silicium, InVisage utilise une couche de points quantiques comme collecteur de lumière. Les points quantiques sont une technologie relativement nouvelle qui n'a été introduite que récemment dans les produits. QD Vision, une startup issue d'un laboratoire du MIT, utilise actuellement des points quantiques pour améliorer la couleur de l'éclairage LED. Les points quantiques peuvent également être utilisés pour améliorer l'efficacité des écrans à cristaux liquides.

Dans le cas de QuantumFilm, une couche liquide de points quantiques composée de plomb et de sulfure est ajoutée au sommet d'un capteur d'image, au-dessus de l'électronique et du silicium, mais en dessous d'un filtre de couleur. La lumière traverse le filtre de couleur et est absorbée par les points quantiques, créant un électron chargé négativement et l'autre un trou chargé positivement. Selon Sargent, la couche de points quantiques est environ deux fois plus efficace que le silicium, enregistrant près de 100 % des photons. Un champ électrique sous la couche de points quantiques sépare les électrons des trous, balayant les électrons vers les circuits ci-dessous, où ils sont mesurés comme un signal électrique.

La principale considération pour l'ajout d'une nouvelle couche ou d'un nouveau dispositif dans un produit est de s'assurer qu'il peut être fabriqué à moindre coût, explique Seth Coe-Sullivan, directeur de la technologie chez QD Vision . L'intégration des points quantiques dans les processus de fabrication du silicium est l'endroit où InVisage est en territoire inconnu, explique Coe-Sullivan.

InVisage modifie un processus déjà utilisé pour fabriquer les puces en appliquant une résine photosensible sur une plaquette de silicium, pour graver des caractéristiques dans le silicium. Une fois que tous les transistors ont été fabriqués et que les interconnexions métalliques ont été posées, une petite quantité de liquide contenant des points quantiques est tournée sur la plaquette de la même manière que la résine photosensible. La solution sèche et laisse derrière elle une couche de points quantiques d'environ un micron d'épaisseur.

Réviser complètement le capteur en silicium utilisé dans les appareils photo des téléphones portables est une tâche difficile, car il s'agit d'un appareil sensible aux coûts. Alors que les points quantiques, lorsqu'ils sont préparés de manière appropriée, ont la capacité de filtrer la lumière, les fabricants sont susceptibles de conserver les filtres de couleur d'origine sur les capteurs, au moins au début. Cependant, si QuantumFilm décolle, les fabricants pourraient se débarrasser complètement des filtres, explique Sargent.

Peter Catrysse, un chercheur travaillant sur les matériaux nanophotoniques à l'Université de Stanford, convient qu'il est bon de commencer par de petits changements dans la conception du capteur et de ne pas essayer de tout changer d'un coup. Bien que cela ne soit peut-être pas la plus grande promesse que les photodétecteurs à base de points quantiques ont à offrir, cela pourrait mettre leur technologie à la porte, dit-il.

InVisage, qui a attiré plus de 30 millions de dollars de financement depuis sa création en 2006, s'est associé à Taiwan Semiconductor Manufacturing Company pour intégrer les points quantiques dans le processus de fabrication de puces de silicium. La société prévoit d'échantillonner ses capteurs de caméra dans 10 mois, et les premières caméras à points quantiques pourraient être sur le marché d'ici la fin de 2011.

cacher