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Des capteurs quantiques pour les téléphones portables

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Une jeune société californienne, InVisage Technologies, prétend quadrupler la sensibilité à la lumière simplement en ajoutant une couche de « boîtes quantiques » sur un capteur CMos classique. L'innovation se destine notamment aux téléphones qui pourraient alors rivaliser en qualité d'images avec les appareils photo.

Les schémas du bas montrent un élément du capteur (photosite) correspondant à un pixel sur un capteur CMos (photo du haut), classique (schéma de gauche) ou comportant un QuantumFilm (à droite). Sur un capteur classique, la lumière doit traverser une partie du circuit (Metal 1 et Metal 2), dont les composants sont à peu près transparents. Une partie de la lumière est cependant absorbée avant d'atteindre la couche de silicium (Silicon). Le QuantumFilm, de très faible épaisseur, recueille la lumière sur toute la surface du pixel, supprimant pratiquement toute absorption. Les charges sont ensuite transférées au semi-conducteur. © InVisage Technologies

Fondée en 2006, InVisage Technologies, travaille depuis ses débuts sur les boîtes quantiques (quantum dots en anglais), ces structures cristallines microscopiques, dont la taille se mesurent en nanomètres - elles ne contiennent que quelques centaines à quelques milliers d'atomes - et qui se comportent comme des semi-conducteurs. Depuis des années, elles font l'objet d'expériences les plus diverses pour leur trouver des applications dans de multiples domaines.

On pense à elles par exemple pour des lasers ou pour des panneaux solaires, voire pour la téléportation. Une équipe américaine ayant réussi en 2007 à réaliser grâce à ces boîtes quantiques des cellules photovoltaïques d'un rendement remarquable, démontrant que ces boîtes quantiques peuvent faire d'excellents capteurs de lumière.

Il n'est donc pas si étonnant de les retrouver aujourd'hui dans le domaine de la photographie. InVisage Technologies vient en effet de présenter une innovation aboutie au salon Demo Spring 2010, qui se tient actuellement à Palm Desert, en Californie, et qui donne l'occasion à des jeunes sociétés de montrer leurs trouvailles.

InVisage Technologies affirme être parvenue à la mise au point d'un système commercialisable. Ce QuantumFilm, puisqu'il est baptisé ainsi, est une couche constituée de boîtes quantiques en suspension dans un milieu liquide. Il est appliqué sur un capteur CMos classique au moment de sa fabrication.

La suite des explications est sommaire car InVisage, qui protège son invention par 21 brevets, est avare de détails. Dans un capteur CMos classique, explique l'entreprise, la lumière doit traverser plusieurs couches avant de toucher la surface sensible. Au final, environ 25% seulement de la lumière est utilisée.

Une technique de fabrication classique

Le QuantumFilm recueille, lui, la lumière sur une couche de très faible épaisseur et transmet ensuite les charges aux étages inférieurs. La proportion de lumière effectivement utilisable, affirme InVisage, atteint 90 à 95%. Chaque élément du capteur (d'autant que cette couche recouvre intégralement la surface correspondant à un pixel) reçoit ainsi près de quatre fois de plus lumière, un paramètre essentiel pour la qualité de l'image.

Sur le plan technique, l'intérêt du procédé est qu'il vient seulement ajouter une étape à la fabrication habituelle d'un circuit CMos. La couche contenant les boîtes quantiques est appliquée vers la fin du processus, quand les circuits sont gravés sur le wafer (la galette). Le capteur peut donc être fabriqué avec les techniques actuelles, sans modification importante du procédé. Les premiers circuits sont promis pour la fin de 2010.

L'entreprise ne destine pas son innovation aux véritables appareils photo déjà dotés de capteurs efficaces mais plutôt aux applications où l'on cherche une miniaturisation extrême. InVisage Technologies pense aux téléphones mobiles, aux webcams, aux caméras de surveillance, à l'automobile (comme la vision de nuit) ou à l'imagerie médicale.

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