Блог

Aug 05, 2023

Квантовые точки на свободе: когда-либо

Доктор Сяоси Хэ, директор по исследованиям IDTechEx Квантовые точки (КТ) — это полупроводниковые нанокристаллы размером от 2 до 10 нанометров (10–50 атомов) с настраиваемыми по размеру характеристиками. Они демонстрируют квантовое ограничение

Доктор Сяоси Хэ, директор по исследованиям IDTechEx

Квантовые точки (КТ) представляют собой полупроводниковые нанокристаллы размером от 2 до 10 нанометров (10-50 атомов) с настраиваемыми размерами. Благодаря своим наноразмерам они демонстрируют эффекты квантового ограничения, что приводит к замечательным оптическим и электрическим характеристикам. Характеристики квантовых точек можно регулировать в зависимости от размера частиц, материала и состава. Материалы КТ, такие как КТ на основе Cd, In, PbS, перовскиты, а также новые КТ CuInS2, InAs, ZnTeSe, имеют различную ширину запрещенной зоны и, следовательно, спектры поглощения и излучения. Эта возможность тонкой настройки привела к значительному потенциалу применения квантовых точек, особенно в дисплеях, датчиках изображения, фотоэлектрических устройствах, освещении и в различных других случаях использования.

С момента своего первого обнаружения в 1980 году квантовые точки продемонстрировали огромный потенциал в преобразовании технологий дисплеев, датчиков изображения, фотоэлектрических, осветительных и тепличных пленок в коммерческие продукты.

В новом отчете «Материалы и технологии квантовых точек 2024-2034: тенденции, рынки, приложения» представлен технологический план IDTechEx с учетом того, как сочетание технологий в различных приложениях будет меняться со временем.

В технологии дисплеев QD нашли широкое применение в качестве компонента улучшения цвета, обеспечивающего более широкую цветовую гамму, более высокую точность цветопередачи и повышенную яркость по сравнению с традиционными жидкокристаллическими дисплеями (ЖК-дисплеями). Уникальное фотолюминесцентное свойство излучать свет определенной длины волны при возбуждении позволяет КТ преобразовывать синий свет светодиодов в чистый красный и зеленый, тем самым достигая более обширной и точной цветовой палитры.

В отчете рассматривается эволюция подходов к интеграции КТ в дисплеи, подчеркивая доминирование пленочного типа над устаревшей краевой оптикой. Тем не менее, новые подходы, такие как цветные фильтры QD для OLED и микро-LED (μLED) или встроенного типа, набирают обороты, чему способствуют достижения в области материалов и усовершенствование технологий изготовления, которые в конечном итоге могут превзойти пленочные фильтры. Кроме того, в этом анализе КТ признаются лучшим излучающим материалом для дисплеев, эффективности отслеживания и увеличения срока службы, одновременно углубляясь в постоянные проблемы, связанные с производительностью, сроком службы, нанесением/рисунком и конструкцией устройств.

КТ сульфида свинца обладают преимуществом возможности настройки в широком спектре длин волн, что делает их пригодными для применения в ближнем инфракрасном (NIR) или коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR) зондировании. Возникает интригующая возможность, поскольку их можно объединить с кремниевой интегральной схемой считывания (ROIC) для формирования гибридного датчика изображения QD-Si NIR/SWIR. Эта инновационная интеграция представляет собой потенциальный путь к созданию кремниевых датчиков NIR/SWIR с высоким разрешением и небольшим пикселем, устраняя необходимость в гетерогенной гибридизации датчиков на основе арсенида индия-галлия (InGaAs) с Si ROIC. Недорогие гибридные датчики изображения на основе КТ могут не только предназначаться для приложений, традиционно реализуемых датчиками изображения InGaAs SWIR, но также помочь найти новые приложения.

Поскольку первое поколение продуктов уже представлено на рынке, а в этой области также участвуют гиганты, перспективы этой технологии остаются сильными. В этом отчете рассматриваются гибридные датчики изображения QD-Si, которые могут одновременно достигать высокого разрешения, малого шага пикселя и глобального затвора с потенциально низкими затратами. Анализ технологий и представление игроков также представлены в отчете IDTechEx.

Существующие коммерческие продукты основаны на фотолюминесцентных свойствах КТ и продемонстрировали замечательный потенциал в технологиях освещения. Их можно интегрировать в системы светодиодного освещения в качестве преобразователей цвета, что позволяет производить настраиваемый и высококачественный белый свет. Светодиоды на основе QD могут достигать превосходных индексов цветопередачи (CRI) и цветовых температур, что делает их пригодными для различных осветительных приборов, включая внутреннее и автомобильное освещение. Более того, узкий спектр излучения КТ снижает потребность в сложной фильтрации, повышает энергоэффективность и снижает световое загрязнение.