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Aug 05, 2023

Punti quantici scatenati: mai

del dottor Xiaoxi He, direttore della ricerca presso IDTechEx I punti quantici (QD) sono nanocristalli semiconduttori di dimensioni comprese tra 2 e 10 nanometri (10-50 atomi) con caratteristiche di dimensione regolabile. Presentano confinamento quantistico

del dottor Xiaoxi He, direttore della ricerca presso IDTechEx

I punti quantici (QD) sono nanocristalli semiconduttori di dimensioni comprese tra 2 e 10 nanometri (10-50 atomi) con caratteristiche di dimensione regolabile. Presentano effetti di confinamento quantistico dovuti alle loro dimensioni su scala nanometrica, che portano a notevoli caratteristiche ottiche ed elettriche. Le caratteristiche del punto quantico possono essere regolate in base alla dimensione delle particelle, al materiale e alla composizione. I materiali QD come quelli a base di Cd, In, PbS, perovskiti, nonché i QD emergenti di CuInS2, InAs e ZnTeSe hanno un diverso bandgap e quindi spettri di assorbimento ed emissione. Questa capacità di messa a punto ha portato a un significativo potenziale di applicazione dei punti quantici, in particolare nei display, nei sensori di immagine, nel fotovoltaico, nell'illuminazione e in vari altri casi d'uso.

Sin dalla loro scoperta nel 1980, i QD hanno dimostrato un immenso potenziale nella trasformazione delle tecnologie di display, sensori di immagine, fotovoltaico, illuminazione e pellicole per serre con prodotti commerciali.

Il nuovo rapporto, “Quantum Dot Materials and Technologies 2024-2034: Trends, Markets, Applications”, fornisce la roadmap tecnologica di IDTechEx considerando come il mix tecnologico in varie applicazioni si trasformerà nel tempo.

Nella tecnologia dei display, i QD hanno trovato ampio utilizzo come componente di miglioramento del colore che offre una gamma cromatica più ampia, una maggiore precisione del colore e una maggiore luminosità rispetto a un tradizionale display a cristalli liquidi (LCD). L'esclusiva proprietà fotoluminescente di emettere specifiche lunghezze d'onda della luce dopo l'eccitazione consente ai QD di convertire la luce blu dei LED in rosso e verde puri, ottenendo così una tavolozza di colori più ampia e precisa.

Nel rapporto viene esaminata l'evoluzione degli approcci di integrazione QD nei display, evidenziando il predominio dell'adozione del tipo di pellicola rispetto all'obsoleta ottica edge. Tuttavia, gli approcci emergenti come i filtri colorati QD per OLED e micro-LED (μLED) o di tipo su chip stanno guadagnando slancio, facilitati dai progressi dei materiali e dal miglioramento delle tecniche di fabbricazione, che potrebbero alla fine superare il tipo di pellicola. Inoltre, questa analisi riconosce i QD come il materiale emissivo definitivo per display, efficienza di tracciamento e miglioramenti della durata, approfondendo al contempo le sfide persistenti relative a prestazioni, durata, deposizione/modello e progettazione del dispositivo.

I QD al solfuro di piombo offrono il vantaggio della sintonizzabilità su un ampio spettro di lunghezze d'onda, rendendoli adatti per applicazioni di rilevamento nel vicino infrarosso (NIR) o nell'infrarosso a onde corte (SWIR). Si presenta un'intrigante possibilità in quanto possono essere combinati con un circuito integrato di lettura in silicio (ROIC) per formare un sensore di immagine ibrido QD-Si NIR/SWIR. Questa integrazione innovativa presenta un potenziale percorso verso il raggiungimento di sensori NIR/SWIR basati su silicio e piccoli pixel ad alta risoluzione, eliminando la necessità di ibridazione eterogenea dei sensori di arseniuro di indio e gallio (InGaAs) con Si ROIC. I sensori di immagine ibridi basati su QD a basso costo possono non solo indirizzare le applicazioni tradizionalmente realizzate dai sensori di immagine SWIR InGaAs, ma aiutano anche a raggiungere nuove applicazioni.

Con la prima generazione di prodotti già sul mercato e anche i giganti coinvolti in questo settore, la promessa di questa tecnologia rimane forte. Questo rapporto esplora i sensori di immagine ibridi QD-Si che possono raggiungere contemporaneamente alta risoluzione, pixel pitch ridotto e otturatore globale con costi potenzialmente bassi. Anche l'analisi della tecnologia e le presentazioni dei giocatori sono fornite nel rapporto IDTechEx.

I prodotti commerciali esistenti si basano sulle caratteristiche fotoluminescenti dei QD e hanno dimostrato un notevole potenziale nelle tecnologie di illuminazione. Possono essere integrati nei sistemi di illuminazione a LED come convertitori di colore, consentendo la produzione di luce bianca regolabile e di alta qualità. I LED basati su QD possono raggiungere indici di resa cromatica (CRI) e temperature di colore eccellenti, rendendoli adatti a una varietà di applicazioni di illuminazione, inclusa l'illuminazione per interni e automobilistica. Inoltre, gli spettri di emissione ristretti dei QD riducono la necessità di filtraggi complessi, migliorando l’efficienza energetica e riducendo l’inquinamento luminoso.