Rewolucyjnyfotodetektor krzemowy（Fotodetektor krzemowy）
Rewolucyjny całkowicie krzemowy fotodetektor（Fotodetektor krzemu）, wydajność wykraczająca poza tradycyjne
Wraz ze wzrostem złożoności modeli sztucznej inteligencji i głębokich sieci neuronowych klastry obliczeniowe stawiają wyższe wymagania komunikacji sieciowej między procesorami, pamięcią i węzłami obliczeniowymi. Jednak tradycyjne sieci na chipie i między chipami oparte na połączeniach elektrycznych nie były w stanie sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na przepustowość, opóźnienia i zużycie energii. Aby rozwiązać to wąskie gardło, technologia połączeń optycznych z jej dużą odległością transmisji, dużą szybkością i zaletami wysokiej efektywności energetycznej stopniowo staje się nadzieją przyszłego rozwoju. Wśród nich technologia fotoniczna krzemu oparta na procesie CMOS wykazuje duży potencjał ze względu na wysoką integrację, niski koszt i dokładność przetwarzania. Jednak realizacja wysokowydajnych fotodetektorów nadal napotyka wiele wyzwań. Zazwyczaj fotodetektory muszą integrować materiały o wąskiej przerwie energetycznej, takie jak german (Ge), aby poprawić wydajność wykrywania, ale prowadzi to również do bardziej złożonych procesów produkcyjnych, wyższych kosztów i nieregularnych 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 nowatorskie badanie, w którym ogłosił, że udało mu się opracować całkowicie krzemową fotodiodę lawinową (Fotodetektor APD) chip. Ten chip ma ultraszybką i niedrogą funkcję interfejsu fotoelektrycznego, która ma osiągnąć transfer danych z prędkością ponad 3,2 Tb na sekundę w przyszłych sieciach optycznych.
Przełom techniczny: konstrukcja podwójnego rezonatora mikropierścieniowego
Tradycyjne fotodetektory często mają nie do pogodzenia sprzeczności między szerokością pasma a reakcją. Zespół badawczy skutecznie złagodził tę sprzeczność, stosując konstrukcję podwójnego mikropierścieniowego rezonatora i skutecznie tłumiąc przesłuchy między kanałami. Wyniki eksperymentów pokazują, żefotodetektor całkowicie krzemowyma odpowiedź A równą 0,4 A/W, prąd ciemny tak niski jak 1 nA, dużą szerokość pasma 40 GHz i niezwykle niski przesłuch elektryczny mniejszy niż −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
Udany rozwój całkowicie krzemowego fotodetektora nie tylko przewyższył tradycyjne rozwiązanie technologiczne, ale także pozwolił zaoszczędzić około 40% kosztów, torując drogę do realizacji szybkich, tanich sieci optycznych w przyszłości. Technologia ta jest w pełni zgodna z istniejącymi procesami CMOS, ma niezwykle wysoką wydajność i efektywność i oczekuje się, że stanie się standardowym komponentem w dziedzinie technologii fotoniki krzemowej w przyszłości. W przyszłości zespół badawczy planuje kontynuować optymalizację projektu w celu dalszej poprawy szybkości absorpcji i wydajności pasma fotodetektora poprzez zmniejszenie stężeń domieszek i poprawę warunków implantacji. Jednocześnie badania będą również badać, w jaki sposób tę całkowicie krzemową technologię można zastosować w sieciach optycznych w klastrach AI nowej generacji w celu osiągnięcia większej przepustowości, skalowalności i efektywności energetycznej.
Czas publikacji: 31-03-2025