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【深度】量子点红外探测成像技术发展趋势及相关专利分析


  来源: 电子产品世界 时间:2024-04-02 编辑:流川
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量子点红外成像技术概念


量子点(Quantum dots,QDs)是具有尺寸可调特征的1-20nm的半导体纳米晶体,在可见光和红外波长范围内具有较强的光吸收和明亮的窄带****。


胶体量子点(Colloidal quantum dot,CQDs),量子限域效应明显,液相加工工艺使得其可以与硅基读出电路进行直接片上耦合,红外成像器件通过集成探测红外光子的红外探测器和激发可见光子的发光二极管,利用器件内光-电-光的线性转换过程,避免了读出电路和复杂的电信号处理过程,能够直接可视化红外图像。


量子点的特性可以通过颗粒大小、材料和成分进行调整。量子点材料包括:Cd(镉)基、In(铟)基、PbS(硫化铅)、Perovskite(钙钛矿),以及新兴的CuInS2(硫铟铜)、InAs(砷化铟)、ZnTeSe(硒镉汞)。它们具有不同的带隙,因此具有不同的吸收和****光谱的能力。


在性能与InGaAs芯片相当的前提下,基于量子点的成像芯片的成本不到其1%,有望实现短波红外成像在消费级领域的应用。


量子点红外成像技术发展历史


➢光电导效应发现于1873年的海底电缆绝缘层实验。1917年,第一个红外光电导探测器被研制出来。


➢1981年和1983年,前苏联科学家Alexei Ekimov和美国科学家Louis Brus分别独立发现了半导体纳米颗粒的量子尺寸效应。


➢量子点在光电探测中的首次尝试是在 1992 年,当时胶体量子点被视为绝缘胶体,作为一种感光剂应用于电子照相技术中。


➢1993年,美国麻省理工学院Moungi G. Bawendi教授带领的研究小组终于取得了重大突破。他们利用热注入合成法,成功合成了单分散纳米粒子,为量子点的大规模应用开发打开了大门。


➢1998 年,量子点红外探测器(QDIPs)首次被论证。


➢2003年,“固态配体交换”的方法被提出,为胶体量子点在光电探测领域的应用提供了可能。


➢2005年,多伦多大学Edward H. Sargent教授发表了第一篇短波红外胶体量子点混合光探测器。2009年,西门子和奥地利林茨大学合作研发出PbS胶体量子点探测器。至此开始 PbS CQD 探测器的研究在近十年的时间内成为该研究领域的新宠。


➢2017年,西班牙光子中心的Stijn Goossens课题组通过使用石墨烯及PbS量子点晶体管结构,完成了近红外焦平面阵列制备,阵列规模388×288,像元间距35µm。


➢2022年,华中科技大学报道了一种基于PbS量子点的近红外焦平面阵列,并展示了940nm光照下的成像效果。


➢近年来具有优异光电性能的量子点材料在硅基探测器的集成中已经有了一定的成果,为硅基探测器性能的提升提供了新的思路。虽然量子点增强硅基探测器已经收获较好的效果,但仍存在一些机遇与挑战。例如专用材料缺乏,存在集成工艺问题以及需要开发与之匹配的先进的成像算法等。


量子点红外技术发展现状


1、中美是量子点红外成像领域的主要目标市场国


红外成像技术应用非常广泛,而量子点红外成像将极大地扩展其应用可能,近年来呈现快速发展的态势。


根据相关专利数据(申请年2005以后),将量子点应用于红外探测的技术从2005开始兴起,最早开始布局且为该领域TOP1的申请人InVisage公司,随后呈现较为稳定的增长趋势;2011年左右数量激增,在2019-2020年左右,部分欧美相关技术企业已经完成专利布局,专利申请数量略有下降。


随着中国加入该项技术的投入和研究中,该领域的中国申请人近几年的相关专利布局量整体呈现较为明显的增长,说明该领域的主要申请人仍十分注重该领域相关技术的研发和专利布局。


图1:申请人排名分析


该领域中,国外申请人拥有较多早期专利申请,相对国内具备一定的领先能力。


关键词:量子 红外    浏览量:1567

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