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Aug 05, 2023

Points quantiques libérés : jamais

par le Dr Xiaoxi He, directeur de recherche chez IDTechEx Les points quantiques (QD) sont des nanocristaux semi-conducteurs allant de 2 à 10 nanomètres (10 à 50 atomes) dotés de caractéristiques réglables en taille. Ils présentent un confinement quantique

par le Dr Xiaoxi He, directeur de recherche chez IDTechEx

Les points quantiques (QD) sont des nanocristaux semi-conducteurs allant de 2 à 10 nanomètres (10 à 50 atomes) dotés de caractéristiques réglables en taille. Ils présentent des effets de confinement quantique en raison de leurs dimensions nanométriques, conduisant à des caractéristiques optiques et électriques remarquables. Les caractéristiques des points quantiques peuvent être ajustées en fonction de la taille des particules, du matériau et de la composition. Les matériaux QD tels que les QD à base de Cd, d'In, de PbS, les pérovskites, ainsi que les QD émergents CuInS2, InAs et ZnTeSe ont une bande interdite variée et donc des spectres d'absorption et d'émission. Cette capacité de réglage précis a donné lieu à un potentiel d'application important des points quantiques, notamment dans les domaines de l'affichage, des capteurs d'images, du photovoltaïque, de l'éclairage et dans divers autres cas d'utilisation.

Depuis leur découverte en 1980, les QD ont démontré un immense potentiel pour transformer les technologies d'affichage, de capteur d'image, photovoltaïque, d'éclairage et de film de serre en produits commerciaux.

Le nouveau rapport, « Quantum Dot Materials and Technologies 2024-2034 : Trends, Markets, Applications », fournit la feuille de route technologique d'IDTechEx en considérant comment le mix technologique dans diverses applications sera transformé au fil du temps.

Dans la technologie d'affichage, les QD ont été largement utilisés comme composants d'amélioration des couleurs offrant une gamme de couleurs plus large, une plus grande précision des couleurs et une luminosité accrue par rapport à un écran à cristaux liquides (LCD) traditionnel. La propriété photoluminescente unique d'émettre des longueurs d'onde spécifiques de lumière lors de l'excitation permet aux QD de convertir la lumière bleue des LED en rouge et vert purs, obtenant ainsi une palette de couleurs plus étendue et plus précise.

L'évolution des approches d'intégration QD dans les écrans est examinée dans le rapport, soulignant la domination de l'adoption du type de film sur l'optique de bord obsolète. Néanmoins, les approches émergentes telles que les filtres couleur QD pour OLED et micro-LED (μLED) ou sur puce prennent de l'ampleur, facilitées par les progrès des matériaux et l'amélioration des techniques de fabrication, qui pourraient éventuellement surpasser le type de film. De plus, cette analyse reconnaît les QD comme le matériau émissif ultime pour les écrans, l'efficacité du suivi et l'amélioration de la durée de vie, tout en se penchant sur les défis persistants concernant les performances, la durée de vie, le dépôt/structuration et la conception des appareils.

Les QD au sulfure de plomb offrent l'avantage d'être accordables sur un large spectre de longueurs d'onde, ce qui les rend adaptés aux applications de détection dans le proche infrarouge (NIR) ou l'infrarouge à ondes courtes (SWIR). Une possibilité intéressante se présente car ils peuvent être combinés avec un circuit intégré de lecture en silicium (ROIC) pour former un capteur d'image hybride QD-Si NIR/SWIR. Cette intégration innovante présente une voie potentielle vers la réalisation de capteurs NIR/SWIR à base de silicium à petits pixels de haute résolution, éliminant ainsi la nécessité d'une hybridation hétérogène des capteurs d'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs) avec Si ROIC. Les capteurs d'image hybrides QD à faible coût peuvent non seulement cibler les applications traditionnellement réalisées par les capteurs d'image InGaAs SWIR, mais également contribuer à atteindre de nouvelles applications.

Avec la première génération de produits déjà sur le marché et l’implication de géants dans ce domaine, la promesse de cette technologie reste forte. Ce rapport explore les capteurs d'image hybrides QD-Si qui peuvent simultanément atteindre une haute résolution, un faible pas de pixel et un obturateur global avec des coûts potentiellement faibles. L'analyse technologique et les présentations des joueurs sont également fournies dans le rapport IDTechEx.

Les produits commerciaux existants sont basés sur les caractéristiques photoluminescentes des QD et ont démontré un potentiel remarquable dans les technologies d'éclairage. Ils peuvent être intégrés dans les systèmes d'éclairage LED en tant que convertisseurs de couleurs, permettant la production d'une lumière blanche réglable et de haute qualité. Les LED basées sur QD peuvent atteindre d'excellents indices de rendu des couleurs (IRC) et températures de couleur, ce qui les rend adaptées à une variété d'applications d'éclairage, y compris l'éclairage intérieur et automobile. De plus, le spectre d’émission étroit des QD réduit le besoin de filtrage complexe, améliorant ainsi l’efficacité énergétique et réduisant la pollution lumineuse.