IDTechEx: Los puntos cuánticos (QD) revolucionan los sensores de imagen

Autor: Dra. Xiaoxi He, Directora de Investigación de IDTechEx

Los puntos cuánticos (QD) podrían dirigirse potencialmente a la enorme aplicación de la electrónica de consumo a través de su adopción en sensores de imagen, aparte de las aplicaciones industriales existentes. IDTechEx ha publicado su opinión sobre los mercados mundiales de puntos cuánticos y las tecnologías que los hacen posibles en su informe “Materiales Y Tecnologías De Puntos Cuánticos 2024-2034: Tendencias, Mercados, Aplicaciones”.

Los QD se descubrieron por primera vez en 1980. Son nanocristales semiconductores de entre 2 y 10 nanómetros (10-50 átomos) con características de tamaño ajustable. Presentan efectos de confinamiento cuántico debido a sus dimensiones a nanoescala, lo que da lugar a características ópticas y eléctricas notables. Tanto las características fotoluminiscentes como las electroluminiscentes de los QD pueden aplicarse potencialmente en diversas aplicaciones con distintos niveles de preparación comercial. Las características de los puntos cuánticos pueden ajustarse en función del tamaño de las partículas, el material y la composición. Los materiales de los QD, como los basados en Cd, In, PbS, perovskitas, así como los emergentes CuInS₂ , InAs y ZnTeSe QD, tienen un bandgap variado y, por tanto, espectros de absorción y emisión. Esta capacidad de ajuste fino ha dado lugar a un importante potencial de aplicación de los puntos cuánticos, sobre todo en pantallas, sensores de imagen, energía fotovoltaica, iluminación y otros casos de uso.

Los QD son bien conocidos por su adopción actual en aplicaciones de visualización. Es una aplicación emergente la de los QD aplicados en sensores de imagen, que se encuentran en cámaras digitales, smartphones y otros innumerables dispositivos, encargados de captar y convertir la luz en señales electrónicas que, en última instancia, forman las imágenes.

Al ser el material semiconductor más utilizado, el silicio es una opción excelente para los fotodetectores visibles. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, pueden ser necesarias longitudes de onda aún mayores, como las del infrarrojo cercano (NIR) o el infrarrojo de onda corta (SWIR). Para la detección NIR y SWIR, especialmente por encima de 1100 nm, que superan la capacidad del silicio, se sigue utilizando el circuito integrado de lectura de silicio (ROIC), mientras que para los fotodetectores hay que buscar semiconductores alternativos. La combinación del ROIC de silicio y el fotodetector con materiales heterogéneos puede lograrse por tres vías posibles

El actual sensor de imagen III-V se fabrica mediante el denominado proceso de “hibridación heterogénea”, que se aplica a ejemplos como el arseniuro de indio y galio (InGaAs) y el HgCdTe, etc. El método de fabricación alternativo es el crecimiento monolítico de fotodetectores (como el germanio) sobre ROIC de silicio.

Las QD y otros materiales procesables en solución pueden superar el reto de integración de los sistemas fotodetectores inorgánicos como el GaAs. Esto se debe a que pueden aplicarse directamente sobre el circuito ROIC mediante deposición monolítica.

Los QD de sulfuro de plomo (PbS) ofrecen la ventaja de poder sintonizarse en un amplio espectro de longitudes de onda, lo que los hace idóneos para aplicaciones de detección NIR o SWIR. Una posibilidad interesante es combinarlos con un ROIC de silicio para formar un sensor de imagen QD-Si NIR/SWIR híbrido. En este caso, el elemento sensor puede disponerse como fotodiodo, fotoconductor o fototransistor.

Esta innovadora integración presenta una vía potencial hacia la consecución de sensores NIR/SWIR de alta resolución y píxel pequeño basados en silicio, eliminando la necesidad de una costosa y complicada hibridación heterogénea de sensores InGaAs con Si ROIC. Los sensores de imagen híbridos de bajo coste basados en QD no sólo pueden dirigirse a aplicaciones tradicionalmente realizadas por sensores de imagen SWIR de InGaAs, sino que también pueden ayudar a alcanzar nuevas aplicaciones.

Con la primera generación de productos ya en el mercado y los gigantes que también se están involucrando en este campo, la promesa de esta tecnología sigue siendo fuerte. En este informe se analizan los sensores de imagen híbridos QD-Si, capaces de lograr simultáneamente alta resolución, baja distancia entre píxeles y obturador global con costes potencialmente bajos. También se ofrece un análisis de la tecnología y la presentación de los fabricantes.

IDTechEx Research ha estado profundamente comprometida con la exploración de tecnologías y mercados de puntos cuánticos desde 2013. A lo largo de este periodo, IDTechEx ha mantenido un firme compromiso para mantenerse a la vanguardia de los últimos avances en investigación y tendencias del mercado. Esto se ha logrado a través de un amplio programa de entrevistas, interacciones directas con las empresas y la participación activa en conferencias y eventos relevantes.

Además, IDTechEx Research ha colaborado estrechamente con muchos de sus clientes, lo que le ha permitido conocer a fondo sus necesidades. Esta colaboración ha facilitado la obtención de valiosos conocimientos tanto del panorama tecnológico como de la dinámica del mercado. Innumerables clientes se han beneficiado de este compromiso, recibiendo orientación estratégica para navegar por las complejidades de la innovación y comercialización de la tecnología de puntos cuánticos.

Gracias a sus más de dos décadas de experiencia en el análisis de materiales y dispositivos electrónicos avanzados, IDTechEx Research ha perfeccionado su pericia en la evaluación de tecnologías emergentes. Esta dilatada trayectoria ofrece un punto de vista privilegiado desde el que comprender las trayectorias de diversas tecnologías, abarcando tanto sus éxitos como sus reveses.

Esto confiere a IDTechEx una experiencia única a la hora de analizar las tecnologías emergentes de materiales electrónicos. Esto es crucial porque nos ayuda a establecer una hoja de ruta tecnológica y de mercado realista que refleje el verdadero potencial de la tecnología en función de sus características intrínsecas y el verdadero nivel de retos técnicos y comerciales a los que se enfrenta.

Si desea conocer más detalles sobre las propiedades de los QD, sus aplicaciones actuales y futuras en diversos campos, retos, tendencias y oportunidades, panorama empresarial y potencial de mercado, consulte el informe de IDTechEx para obtener más información “Materiales Y Tecnologías De Puntos Cuánticos 2024-2034: Tendencias, Mercados, Aplicaciones"