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「智东西」5年内手机将用上量子点图像传感器！CMOS或将成为历史( 二 )


「智东西」5年内手机将用上量子点图像传感器！CMOS或将成为历史
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▲红外量子点图像传感器结构
「智东西」5年内手机将用上量子点图像传感器！CMOS或将成为历史
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量子点成像依然存在三大挑战上述种种优势让量子点看起来像是一种完美的成像技术 ， 但其实目前还存在许多挑战 。 量子点成像在当下主要的障碍是稳定性较差、效率较低、一致性难以保证 。1、稳定性首先 ， 量子点会在空气中氧化 ， 从而导致传感器的性能发生变化 ， 比如灵敏度降低、噪点增强、响应时间变慢甚至短路 。 在电视厂商那里 ， 量子点不需要直接接触电路 ， 因此可以通过用聚合物包围量子点的方式防止其暴露在空气中 。但在图像传感器中 ， 量子点要用于光的检测 ， 就必须要实现电子的自由迁移 ， 要与电路进行接触 。 所以在保护量子点不受空气氧化的同时 ， 实现电子迁移是目前探索的方向之一 ， 但这是一项非常艰巨的任务 ， 许多研究人员都在朝着这个目标努力 。另外 ， 目前用于维持量子点稳定的有机活性剂 ， 会导致电子不易通过量子点膜转移到收集信号的电极上 ， 因此采用什么材料制成活性剂也是要解决的一个难题 。2、效率
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▲常见量子点材料与传统材料光子检测效率的对比 量子点传感器在光子检测效率方面也存在问题 。 量子点尺寸小、表面积大的特性会导致部分光线射入后生成的电子在到达电极之前 ， 又与量子点重新结合 。 发生这种情况时 ， 电路永远不会检测到光子 ， 从而减少了最终到达相机处理器的信号 。传统的CMOS传感器中 ， 光子检测的效率一般在50%以上 ， 而量子点传感器的效率通常不足20% ， 差距比较明显 。 目前量子点材料和器件设计正在逐步改善 ， 检测效率也在不断提高 。3、一致性由于目前厂商普遍使用化学工艺制造量子点 ， 因此其尺寸存在一些固有的变化 。 并且由于量子点的光学特性受尺寸的影响比较明显 ， 所以任何偏差都将导致吸收的光的颜色发生变化 。厂商必须小心地控制制造过程 ， 尽量缩小偏差 。 在这方面具有丰富经验的巨头公司在保持一致性方面已经做的非常出色 ， 但是较小的厂商通常很难生产出一致的产品 。
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五年内量子点传感器上手机尽管存在这些挑战 ， 但是许多公司仍然迎难而上 ， 致力于将量子点相机商业化 。
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▲SWIR Vision Systems推出的红外量子点相机Acuros SWIR Vision Systems专注于制造短波红外量子点相机 。 Acuros使用了硫化铅量子点 ， 目前 ， 此摄像机中的量子传感器对红外波长的平均检测效率为15％ ， 这意味着接触探测器的光子中有15％最终会转化为可测量的信号 。这大大低于现有红外相机中所使用的砷化铟镓技术的检测效率 ， 后者可以达到80％ 。 但是Acuros相机的像素为15 μm ， 比大多数红外相机具有更高的分辨率 。 该公司指出 ， 它的价格相比传统红外相机也更具竞争力 。至于消费相机市场 ， 2017年TechCrunch报道称苹果已经收购了InVisage ， 这是一家致力于制造量子点相机以用于智能手机的公司 。 不过苹果一直对量子点技术的相关计划保持沉默 。其他公司也正在努力解决量子点光电传感器的稳定性和效率问题 ， 并扩大波长和灵敏度的范围 。 BAE Systems、Brimrose、Episensors和Voxtel都是致力于量子点相机技术商业化的公司 。 世界各地的学术团体也深入参与基于量子点传感器和摄像头的研究 ， 包括麻省理工学院、芝加哥大学、多伦多大学、苏黎世联邦理工学院、索邦大学和香港城市大学 。五年之内 ， 我们很可能会在手机中看到基于量子点的图像传感器 ， 从而使我们能够在弱光下拍出更好的照片和视频 ， 并改进面部图像识别技术 ， 同时红外成像的成本也会极大降低 ， 设备尺寸也会进一步缩小 。文章来源：IEEE


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