اولین نمایش حسگر تصویرِ مادون قرمز موج کوتاهِ غیرسمی با دمای اتاق مبتنی بر نقطه کوانتومی

خلاصه خبر:

محققان با استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی غیرسمی (CQD) در فناوری حسگر تصویر مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) پیشرفت کردند. حسگرهای سنتی SWIR حاوی فلزات سنگین سمی هستند، اما تیم یک روش سنتز برای نقاط کوانتومی تلورید نقره (Ag2Te) دوستدار محیط زیست را توسعه داد. این نقاط کوانتومی، آشکارسازهای نوری SWIR و حسگرهای تصویر با عملکرد بالا را با دامنه طیفی گسترده، محدوده دینامیکی خطی و تشخیص دمای اتاق فعال می‌کنند. محققان با موفقیت آشکارسازهای نوری را در یک حسگر تصویر SWIR ادغام کردند و امکاناتی را برای فناوری SWIR کم‌هزینه و با کارایی بالا در لوازم الکترونیکی مصرفی باز کردند. برنامه های کاربردی شامل سیستم های دید بهبود یافته برای اتومبیل ها، LiDAR دوربرد و تصویربرداری سه بعدی برای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی است. 

توضیحات تکمیلی:

محققان ICFO با همکاری Qurv به پیشرفت قابل توجهی در زمینه فناوری حسگر تصویر "امواج کوتاه مادون قرمز" (SWIR) دست یافته اند. آنها با استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی غیر سمی (CQD)، راه حلی امیدوارکننده برای حسگرهای تصویر SWIR با حجم بالا و  کاربرپسند ایجاد کرده اند.

نور SWIR که برای چشم انسان نامرئی است، قابلیت اطمینان وعملکرد  بی‌سابقه‌ای را در کاربردهای مختلف مانند روباتیک، سیستم‌های خودرو و لوازم الکترونیکی مصرفی ارائه می‌دهد. سنسورهای SWIR معمولی بر فلزات سنگین مانند سرب و جیوه متکی هستند که به دلیل سمی بودن، آنها را در معرض محدودیت های نظارتی قرار می دهد.

برای مقابله با این چالش، محققان ICFO یک روش سنتز جدید را توسعه دادند که امکان ایجاد نقاط کوانتومی تلورید نقره  (Ag2Te) سازگار با محیط زیست را فراهم می کند. این نقاط کوانتومی غیر سمی عملکرد استثنایی در آشکارسازهای نوری SWIR و حسگرهای تصویر از خود نشان می‌دهند.

آشکارسازهای نوری مبتنی بر نقاط کوانتومی سنتز شده، محدوده طیفی قابل‌توجهی از 350 نانومتر تا 1600 نانومتر، محدوده دینامیکی خطی بیش از 118 دسی‌بل و تشخیص دمای اتاق تقریباً 12^10جونز را نشان دادند. این ارقام با شایستگی با همتایان حاوی فلزات سنگین قابل مقایسه هستند و از نظر عملکرد بسیار رقابتی هستند. با تکیه بر این موفقیت‌ها، تیم تحقیقاتی با موفقیت آشکارسازهای نوری SWIR را در یک حسگر تصویر اثبات‌شده ادغام کرد. این پیشرفت نشان دهنده اولین نمایش حسگر تصویر SWIR غیرسمی با دمای اتاق مبتنی بر نقطه کوانتومی است.

این حسگر طیف وسیعی از کاربردها مانند سیستم های دید پیشرفته برای خودروها  و امکان رانندگی و دید در شرایط آب و هوایی نامساعد را باز می کند. علاوه بر این، تشخیص نور دوربرد (LiDAR)، تصویربرداری سه بعدی برای برنامه های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی را فعال می کند.

در آینده، محققان قصد دارند با مهندسی کردن لایه لایه دستگاه، عملکرد آشکارسازهای نوری را بیشتر بهینه کنند. آنها همچنین در حال بررسی شیمی سطح جدید برای نقاط کوانتومی Ag2Te هستند تا پایداری حرارتی و محیطی آنها را بهبود بخشند و در نهایت راه را برای تجاری سازی هموار کنند.

این پیشرفت در فناوری حسگر تصویر SWIR نشان‌دهنده گامی مهم به سمت فناوری SWIR کم هزینه و با کارایی بالا است که الزامات نظارتی را برآورده می‌کند و آن را برای کاربردهای الکترونیکی مصرفی گسترده مناسب می‌سازد.به طور کلی، توسعه حسگرهای تصویر SWIR مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی غیر سمی، نوید بزرگی برای ایجاد انقلاب در صنایع مختلف و باز کردن پتانسیل کامل نور SWIR در لوازم الکترونیکی مصرفی دارد.

منبع

Wang, Y., Peng, L., Schreier, J. et al. Silver telluride colloidal quantum dot infrared photodetectors and image sensors. Nature Photonics. (2024). DOI: 10.1038/s41566-023-01345-3