Las cámaras de los teléfonos móviles son conocidas por tomar fotografías de baja resolución y de grano muy aparente. Parte del problema reside en la lente, que a menudo se fabrica de forma barata y tiene una resolución y una capacidad para captar la luz limitadas. Sin embargo otro problema es el sensor de luz: un chip de silicio con fotodetectores. Al reducir su tamaño para que quepa en un teléfono, estos chips ven reducida su capacidad para capturar luz.

InVisage, una startup con sede en Menlo, California, acaba de hacer una demostración de un modo para mejorar la calidad de las fotografías, al menos por el lado del sensor, sin añadir tamaño, complejidad significativa o coste. Hoy durante la conferencia DEMO en Palm Springs, California, los ejecutivos de la compañía anunciaron una nueva tecnología llamada QuantumFilm que permite a los pequeños sensores de cámara, como los de los teléfonos móviles, capturar más luz que nunca. QuantumFilm consiste simplemente en una capa de puntos cuánticos—diminutos cristales que absorben la luz de forma eficiente y emiten bien fotones o electrones—sobre la capa superior del sensor. Los electrones emitidos por QuantumFilm son recogidos y clasificados en los circuitos del chip.

Como resultado se obtiene un sensor capaz de recoger el doble de luz que un chip estándar, convertirla en electricidad con el doble de eficiencia, y su fabricación es igual de barata, afirma Ted Sargent, director tecnológico de InVisage y profesor de ingeniería informática y eléctrica en la Universidad de Toronto, donde comenzaron las primeras investigaciones de QuantumFilm. “Los sensores de imagen de silicio poseen un grave problema puesto que sólo emiten fotones a la izquierda, a la derecha y el centro,” señala Sargent. Los puntos cuánticos, afirma, proporcionan una “solución fundamental al problema.”

Dentro de las cámaras digitales de hoy día, los sensores de silicio llevan a cabo una doble función. Funcionan como fotodetectores para la absorción de luz entrante y la convierten en una señal eléctrica. Sin embargo también actúan como fundación de los componentes electrónicos encargados de almacenar la señal del fotodetector y enviarla fuera del chip, donde es procesada por otros componentes eléctricos. El problema es que la parte fotodetectora del silicio a menudo se asienta bajo unas capas de transistores, cables metálicos y un filtro de color. Debido a este tipo de obstrucciones, sólo alrededor de la mitad de la luz original alcanza el fotodetector.

Existen varias tecnologías comerciales que intentan solucionar el problema de obstrucción del fotodetector. Por ejemplo, algunos fabricantes han añadido microlentes encargadas de enfocar la luz en un espacio diminuto. Aunque incluso con un área de fotodetección más grande, el silicio sigue sin ser el mejor recolector de luz: registra menos de la mitad de los fotones que lo alcanzan.

En vez de silicio, InVisage utiliza una capa de puntos cuánticos como recolector de luz. Los puntos cuánticos son una tecnología relativamente moderna y sólo hasta hace muy poco ha empezado a usarse en productos. QD Vision, una startup surgida de un laboratorio de MIT, está usando puntos cuánticos en la actualidad para mejorar el color de la iluminación LED. Los puntos cuánticos también pueden usarse para mejorar la eficiencia de las pantallas de cristal líquido.

En el caso de QuantumFilm, una capa líquida de puntos cuánticos hechos a partir de plomo y sulfuro se añade a la parte superior del sensor de imagen, por encima de los componentes electrónicos y el silicio, pero por debajo de un filtro de color. La luz pasa a través del filtro de color y es absorbida por los puntos cuánticos, creando un electrón de carga negativa, y la otra un “agujero” de carga positiva. Según Sargent, la capa de puntos cuánticos es aproximadamente el doble de eficiente que el silicio, registrando casi el 100 por cien de los fotones. Un campo eléctrico bajo la capa de puntos cuánticos separa los electrones de los agujeros, barriendo los electrones hasta el circuito de debajo, donde son medidos como señal eléctrica.

La mayor consideración a la hora de añadir una nueva capa o dispositivo en un producto es asegurarse de que pueda ser fabricada de forma económica, afirma Seth Coe-Sullivan, director tecnológico de QD Vision. La integración de puntos cuánticos en el proceso de manufactura del silicio es donde InVisage se encuentra “en territorio desconocido,” afirma Coe-Sullivan.

InVisage está modificando un proceso que ya se utiliza para fabricar los chips mediante la aplicación de una fotoresistencia a la oblea de silicio, y así grabar las características en el silicio. Después de que todos los transistores han sido creados y las interconexiones metálicas puestas en su lugar, una pequeña cantidad de líquido con puntos cuánticos se coloca sobre la oblea del mismo modo que la fotoresistencia. La solución se seca y deja tras de sí una capa de puntos cuánticos de alrededor de un micrón de grosor.

Es una tarea difícil la de reemplazar completamente el sensor de silicio utilizado en las cámaras de los teléfonos móviles debido a que se trata de un dispositivo que afecta al coste. Aunque los puntos cuánticos, cuando son preparados de forma apropiada, tienen la capacidad de filtrar la luz, los fabricantes probablemente mantengan los filtros de color originales en los sensores, al menos en un principio. Sin embargo, si QuantumFilm despega, los fabricantes podrían deshacerse de los filtros por completo, afirma Sargent.

Peter Catrysse, investigador dedicado a los materiales nanofotónicos en la Universidad de Stanford, está de acuerdo con que es bueno empezar con pequeños cambios en el diseño del sensor e intentar no hacerlo todo a la vez. “Aunque no esté a la altura de todo lo que prometen los fotodetectores basados en puntos cuánticos, puede que ayude a que la tecnología se abra paso,” señala.

InVisage, que ha logrado atraer más de 30 millones de dólares en financiación desde que fue fundada en 2006, se ha asociado con Taiwan Semiconductor Manufacturing Company para integrar los puntos cuánticos en el proceso de fabricación de los chips de silicio. La compañía espera poder probar sus sensores para cámaras de aquí a 10 meses, y las primeras cámaras de puntos cuánticos podrían estar en el mercado para finales de 2011.