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Les points quantiques révolutionnent les capteurs d’images, selon IDTechEx

novembre 2023 par Dr Xiaoxi He, directeur de recherche à IDTechEx

Les points quantiques (QD) pourraient potentiellement viser l’énorme application de l’électronique grand public via leur adoption dans les capteurs d’images, en plus des applications industrielles existantes. IDTechEx a publié son point de vue sur les marchés mondiaux des points quantiques et des technologies habilitantes dans son rapport "Matériaux Et Technologies À Points Quantiques 2024-2034 : Tendances, Marchés, Applications".

Les QD ont été découverts pour la première fois en 1980. Il s’agit de nanocristaux semi-conducteurs de l’ordre de 2 à 10 nanomètres (10 à 50 atomes) dont la taille peut être ajustée. Ils présentent des effets de confinement quantique en raison de leurs dimensions nanométriques, ce qui leur confère des caractéristiques optiques et électriques remarquables. Les caractéristiques photoluminescentes et électroluminescentes des QD peuvent être utilisées dans diverses applications avec différents niveaux de préparation commerciale. Les caractéristiques des points quantiques peuvent être ajustées en fonction de la taille des particules, du matériau et de la composition. Les matériaux des QD tels que ceux à base de Cd, d’In, de PbS, les pérovskites, ainsi que les nouveaux QD CuInS2 , InAs et ZnTeSe ont des bandes interdites variées et donc des spectres d’absorption et d’émission. Cette capacité de réglage fin a permis aux points quantiques d’avoir un potentiel d’application important, notamment dans les écrans, les capteurs d’images, la photovoltaïque, l’éclairage et divers autres cas d’utilisation.

Applications de QD. Source : IDTechEx : IDTechEx

Les QD sont bien connus pour leur utilisation dans les applications d’affichage. L’application des QD dans les capteurs d’images, que l’on trouve dans les appareils photo numériques, les smartphones et d’innombrables autres dispositifs, chargés de capturer et de convertir la lumière en signaux électroniques qui finissent par former des images, est une application émergente.

En tant que matériau semi-conducteur le plus utilisé, le silicium est un excellent choix pour les photodétecteurs visibles. Cependant, des longueurs d’onde encore plus grandes, telles que le proche infrarouge (NIR) ou l’infrarouge à ondes courtes (SWIR), peuvent être nécessaires en fonction de l’application. Pour la détection dans le proche infrarouge et l’infrarouge à ondes courtes, en particulier au-dessus de 1100 nm, qui dépassent les capacités du silicium, le circuit intégré de lecture en silicium (ROIC) est toujours utilisé, tandis que d’autres semi-conducteurs doivent être recherchés pour les photodétecteurs. La combinaison du circuit intégré de lecture en silicium et du photodétecteur avec des matériaux hétérogènes peut être réalisée par trois voies possibles.

Trois approches de la combinaison d’un ROIC en silicium et d’un photodétecteur. Source IDTechEx

Le capteur d’image III-V actuel est fabriqué par le processus dit d’"hybridation hétérogène", qui s’applique à des exemples tels que l’arséniure d’indium et de gallium (InGaAs) et le HgCdTe, etc. L’autre méthode de fabrication est la croissance monolithique du photodétecteur (tel que le germanium) sur le ROIC de silicium.

Les QD et autres matériaux traitables en solution peuvent surmonter le défi de l’intégration des systèmes photodétecteurs inorganiques tels que le GaAs. En effet, ils peuvent être appliqués directement sur le circuit ROIC par dépôt monolithique.

Les QDs de sulfure de plomb (PbS) offrent l’avantage d’être accordables sur un large spectre de longueurs d’onde, ce qui les rend appropriés pour des applications de détection dans le proche infrarouge ou le proche infrarouge. Ils peuvent être combinés à un ROIC en silicium pour former un capteur d’image hybride QD-Si NIR/SWIR. Dans ce cas, l’élément de détection peut être une photodiode, un photoconducteur ou un phototransistor.

Cette intégration innovante présente une voie potentielle vers la réalisation de capteurs NIR/SWIR haute résolution à petits pixels basés sur le silicium, éliminant la nécessité d’une hybridation hétérogène coûteuse et compliquée de capteurs InGaAs avec la ROIC Si. Les capteurs d’images hybrides bon marché à base de QD peuvent non seulement cibler les applications traditionnellement réalisées par les capteurs d’images SWIR InGaAs, mais aussi contribuer à de nouvelles applications.

Avec la première génération de produits déjà sur le marché et les géants qui s’engagent également dans ce domaine, la promesse de cette technologie reste forte. Ce rapport explore les capteurs d’image hybrides QD-Si qui peuvent simultanément atteindre une haute résolution, un faible pas de pixel et un obturateur global avec des coûts potentiellement bas. L’analyse des technologies et la présentation des acteurs sont également fournies.

IDTechEx Research est profondément engagé dans l’exploration des technologies et des marchés des points quantiques depuis 2013. Tout au long de cette période, IDTechEx a maintenu un engagement inébranlable pour rester à la pointe des dernières avancées de la recherche et des tendances du marché. Pour ce faire, IDTechEx a mis en place un vaste programme d’entretiens, des interactions directes avec les entreprises et une participation active aux conférences et événements pertinents.

En outre, IDTechEx Research a travaillé en étroite collaboration avec un grand nombre de ses clients, ce qui lui a permis de comprendre parfaitement leurs besoins. Cette collaboration a facilité la fourniture d’informations précieuses sur le paysage technologique et la dynamique du marché. D’innombrables clients ont bénéficié de cet engagement, recevant des conseils stratégiques pour naviguer dans les complexités de l’innovation et de la commercialisation de la technologie des points quantiques.

S’appuyant sur plus de deux décennies d’expérience dans l’analyse des matériaux et dispositifs électroniques avancés, IDTechEx Research a affiné son expertise dans l’évaluation des technologies émergentes. Cette longue expérience lui permet de comprendre les trajectoires des différentes technologies, qu’il s’agisse de leurs succès ou de leurs échecs.

IDTechEx dispose ainsi d’une expérience unique en matière d’analyse des technologies émergentes dans le domaine des matériaux électroniques. Cette expérience est cruciale car elle nous aide à établir une feuille de route réaliste pour le marché et la technologie, qui reflète le véritable potentiel de la technologie sur la base de ses caractéristiques intrinsèques et du niveau réel des défis techniques et commerciaux auxquels elle est confrontée.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les propriétés des QDs, leurs applications actuelles et futures dans différents domaines, les défis, les tendances et les opportunités, le paysage commercial et le potentiel du marché, veuillez vous référer au rapport IDTechEx "Matériaux Et Technologies À Points Quantiques 2024-2034 : Tendances, Marchés, Applications" pour plus d’informations.


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