Rewolucyjnyfotodetektor krzemowy（Fotodetektor krzemowy）
Rewolucyjny fotodetektor wykonany w całości z krzemu（Fotodetektor krzemowy）, wydajność wykraczająca poza tradycyjne
Wraz ze wzrostem złożoności modeli sztucznej inteligencji i głębokich sieci neuronowych, klastry obliczeniowe stawiają coraz wyższe wymagania komunikacji sieciowej między procesorami, pamięcią i węzłami obliczeniowymi. Jednak tradycyjne sieci on-chip i inter-chip oparte na połączeniach elektrycznych nie były w stanie sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na przepustowość, opóźnienia i zużycie energii. Aby rozwiązać ten problem, technologia połączeń optycznych, z jej zaletami w zakresie dużej odległości transmisji, dużej prędkości i wysokiej efektywności energetycznej, stopniowo staje się nadzieją na przyszły rozwój. Wśród nich, krzemowa technologia fotoniczna oparta na procesie CMOS wykazuje duży potencjał ze względu na wysoką integrację, niski koszt i dokładność przetwarzania. Jednak realizacja wysokowydajnych fotodetektorów wciąż napotyka wiele wyzwań. Zazwyczaj fotodetektory muszą integrować materiały o wąskiej przerwie energetycznej, takie jak german (Ge), aby poprawić wydajność detekcji, ale prowadzi to również do bardziej złożonych procesów produkcyjnych, wyższych kosztów i niestabilnej wydajności. Całkowicie krzemowy fotodetektor opracowany przez zespół badawczy osiągnął prędkość transmisji danych wynoszącą 160 Gb/s na kanał bez użycia germanu, przy całkowitej przepustowości transmisji wynoszącej 1,28 Tb/s, dzięki innowacyjnej konstrukcji rezonatora z podwójnym mikropierścieniem.
Niedawno wspólny zespół badawczy w Stanach Zjednoczonych opublikował innowacyjne badanie, w którym ogłosił, że udało mu się opracować całkowicie krzemową fotodiodę lawinową (Fotodetektor APD) układ. Ten układ charakteryzuje się ultraszybką i niedrogą funkcją interfejsu fotoelektrycznego, która ma umożliwić przesyłanie danych z prędkością ponad 3,2 Tb na sekundę w przyszłych sieciach optycznych.
Przełom techniczny: konstrukcja podwójnego rezonatora mikropierścieniowego
Tradycyjne fotodetektory często charakteryzują się niemożliwymi do pogodzenia sprzecznościami między szerokością pasma a reakcją. Zespół badawczy skutecznie rozwiązał tę sprzeczność, stosując konstrukcję rezonatora z podwójnym mikropierścieniem i skutecznie tłumiąc przesłuchy między kanałami. Wyniki eksperymentów pokazują, żefotodetektor całkowicie krzemowyCharakteryzuje się odpowiedzią A 0,4 A/W, prądem ciemnym zaledwie 1 nA, szerokim pasmem 40 GHz i wyjątkowo niskim przesłuchem elektrycznym poniżej −50 dB. Wydajność ta jest porównywalna z obecnymi komercyjnymi fotodetektorami opartymi na materiałach krzemowo-germanowych i III-V.
Patrząc w przyszłość: Droga do innowacji w sieciach optycznych
Udane opracowanie całkowicie krzemowego fotodetektora nie tylko przewyższyło tradycyjne rozwiązanie technologiczne, ale także pozwoliło zaoszczędzić około 40% kosztów, torując drogę do realizacji szybkich i tanich sieci optycznych w przyszłości. Technologia ta jest w pełni kompatybilna z istniejącymi procesami CMOS, charakteryzuje się wyjątkowo wysoką wydajnością i efektywnością, i oczekuje się, że w przyszłości stanie się standardowym elementem w dziedzinie technologii fotoniki krzemowej. W przyszłości zespół badawczy planuje dalszą optymalizację projektu w celu dalszej poprawy współczynnika absorpcji i przepustowości fotodetektora poprzez redukcję stężeń domieszek i poprawę warunków implantacji. Jednocześnie badania będą również badać, w jaki sposób ta całkowicie krzemowa technologia może zostać zastosowana w sieciach optycznych w klastrach AI nowej generacji w celu osiągnięcia większej przepustowości, skalowalności i efektywności energetycznej.
Czas publikacji: 31 marca 2025 r.