Революционный кремниевый фотодетектор (Si-фотодетектор)

Революционныйкремниевый фотодетектор(Si-фотодетектор)

Революционный полностью кремниевый фотодетектор（Si-фотодетектор）, производительность за пределами традиционного

С ростом сложности моделей искусственного интеллекта и глубоких нейронных сетей вычислительные кластеры предъявляют более высокие требования к сетевому взаимодействию между процессорами, памятью и вычислительными узлами. Однако традиционные внутрикристальные и межкристальные сети, основанные на электрических соединениях, не способны удовлетворить растущий спрос на пропускную способность, задержку и энергопотребление. Чтобы устранить это узкое место, технология оптических соединений с ее большими расстояниями передачи, высокой скоростью, высокой энергоэффективностью постепенно становится надеждой будущего развития. Среди них кремниевая фотонная технология на основе КМОП-процесса демонстрирует большой потенциал благодаря своей высокой интеграции, низкой стоимости и точности обработки. Однако реализация высокопроизводительных фотодетекторов по-прежнему сталкивается со многими проблемами. Как правило, для улучшения характеристик обнаружения фотодетекторы должны интегрировать материалы с узкой запрещенной зоной, такие как германий (Ge), но это также приводит к более сложным производственным процессам, более высоким затратам и нестабильным выходам продукции. Разработанный исследовательской группой полностью кремниевый фотодетектор достиг скорости передачи данных 160 Гбит/с на канал без использования германия с общей полосой пропускания 1,28 Тбит/с благодаря инновационной конструкции двухмикрокольцевого резонатора.

Недавно совместная исследовательская группа в США опубликовала инновационное исследование, в котором сообщается об успешной разработке полностью кремниевого лавинного фотодиода (Фотодетектор APD) чип. Этот чип обладает сверхскоростным и недорогим фотоэлектрическим интерфейсом, который, как ожидается, обеспечит передачу данных со скоростью более 3,2 Тбит/с в будущих оптических сетях.

Технический прорыв: конструкция двойного микрокольцевого резонатора

Традиционные фотодетекторы часто сталкиваются с неразрешимыми противоречиями между полосой пропускания и скоростью отклика. Исследовательская группа успешно устранила это противоречие, используя конструкцию с двойным микрокольцевым резонатором и эффективно подавив перекрестные помехи между каналами. Экспериментальные результаты показывают, чтополностью кремниевый фотодетекторИмеет чувствительность 0,4 А/Вт, темновой ток всего 1 нА, широкую полосу пропускания 40 ГГц и чрезвычайно низкий уровень электрических перекрёстных помех менее −50 дБ. Эти характеристики сопоставимы с современными коммерческими фотодетекторами на основе кремний-германиевых и AIIIBV материалов.

Взгляд в будущее: путь к инновациям в оптических сетях

Успешная разработка полностью кремниевого фотодетектора не только превзошла традиционное решение по технологическим характеристикам, но и позволила сэкономить около 40% стоимости, проложив путь к реализации высокоскоростных и недорогих оптических сетей в будущем. Технология полностью совместима с существующими КМОП-процессами, обладает чрезвычайно высоким выходом годных и производительностью, и, как ожидается, станет стандартным компонентом в области технологии кремниевой фотоники в будущем. В дальнейшем исследовательская группа планирует продолжить оптимизацию конструкции для дальнейшего улучшения скорости поглощения и пропускной способности фотодетектора за счет снижения концентрации легирования и улучшения условий имплантации. Одновременно в исследовании также будет изучено, как эта полностью кремниевая технология может быть применена к оптически сетям в кластерах ИИ следующего поколения для достижения более высокой пропускной способности, масштабируемости и энергоэффективности.