Forradalmiszilícium fotodetektor(Si fotodetektor)
Forradalmi, teljes szilíciumból készült fotodetektor (Si fotodetektor), a hagyományoson túlmutató teljesítmény
A mesterséges intelligencia modellek és a mély neurális hálózatok növekvő komplexitásával a számítási klaszterek nagyobb igényeket támasztanak a processzorok, a memória és a számítási csomópontok közötti hálózati kommunikációval szemben. A hagyományos, elektromos csatlakozásokon alapuló, chipen belüli és chipek közötti hálózatok azonban nem tudták kielégíteni a sávszélesség, a késleltetés és az energiafogyasztás iránti növekvő igényt. Ennek a szűk keresztmetszetnek a megoldása érdekében az optikai összekapcsolási technológia, nagy átviteli távolságával, gyorsaságával és nagy energiahatékonysági előnyeivel, fokozatosan a jövőbeli fejlesztés reményévé válik. Ezek közül a CMOS eljáráson alapuló szilícium-fotonikus technológia nagy potenciált mutat a magas integráció, az alacsony költség és a feldolgozási pontosság miatt. A nagy teljesítményű fotodetektorok megvalósítása azonban még mindig számos kihívással néz szembe. A fotodetektoroknak jellemzően keskeny sávszélességű anyagokat, például germániumot (Ge) kell integrálniuk az érzékelési teljesítmény javítása érdekében, de ez bonyolultabb gyártási folyamatokhoz, magasabb költségekhez és szeszélyes hozamokhoz is vezet. A kutatócsoport által kifejlesztett, teljes szilíciumból készült fotodetektor germánium használata nélkül csatornánként 160 Gb/s adatátviteli sebességet ért el, 1,28 Tb/s teljes átviteli sávszélességgel, egy innovatív, kettős mikrogyűrűs rezonátor kialakításnak köszönhetően.
Nemrégiben egy amerikai kutatócsoport publikált egy innovatív tanulmányt, amelyben bejelentették, hogy sikeresen kifejlesztettek egy teljes egészében szilíciumból készült lavina fotodiódát (APD fotodetektor) chip. Ez a chip ultragyors és alacsony költségű fotoelektromos interfész funkcióval rendelkezik, amely várhatóan több mint 3,2 Tb/s adatátvitelt ér el a jövő optikai hálózataiban.
Technikai áttörés: dupla mikrogyűrűs rezonátor kialakítás
A hagyományos fotodetektorok gyakran kibékíthetetlen ellentmondásokkal küzdenek a sávszélesség és a válaszidő között. A kutatócsoport sikeresen enyhítette ezt az ellentmondást egy dupla mikrogyűrűs rezonátor kialakítás alkalmazásával, és hatékonyan elnyomta a csatornák közötti áthallást. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy ateljes szilícium fotodetektor0,4 A/W-os A válaszértékkel, akár 1 nA-es sötétárammal, 40 GHz-es nagy sávszélességgel és rendkívül alacsony, -50 dB-nél kisebb elektromos áthallással rendelkezik. Ez a teljesítmény összehasonlítható a jelenlegi kereskedelmi forgalomban kapható szilícium-germánium és III-V anyagokon alapuló fotodetektorok teljesítményével.
A jövőbe tekintés: Az optikai hálózatok innovációjának útja
A teljes szilíciumból készült fotodetektor sikeres fejlesztése nemcsak a hagyományos technológiai megoldásokat múlta felül, hanem mintegy 40%-os költségmegtakarítást is eredményezett, megnyitva az utat a nagy sebességű, alacsony költségű optikai hálózatok megvalósítása előtt a jövőben. A technológia teljes mértékben kompatibilis a meglévő CMOS eljárásokkal, rendkívül magas hozammal és hozammal rendelkezik, és várhatóan a jövőben standard alkatrészré válik a szilícium fotonikai technológia területén. A kutatócsoport a jövőben a fotodetektor abszorpciós sebességének és sávszélesség-teljesítményének további javítása érdekében tervezi a tervezés optimalizálását az adalékkoncentrációk csökkentésével és a beültetési feltételek javításával. Ugyanakkor a kutatás azt is vizsgálja, hogy ez a teljes szilíciumból készült technológia hogyan alkalmazható a következő generációs mesterséges intelligencia klaszterek optikai hálózataiban a nagyobb sávszélesség, skálázhatóság és energiahatékonyság elérése érdekében.
Közzététel ideje: 2025. márc. 31.