Революционныйкремниевый фотодетектор(Si-фотодетектор)
Революционный полностью кремниевый фотодетектор（кремниевый 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 сети на кристалле и между кристаллами, основанные на электрических соединениях, не смогли удовлетворить растущий спрос на пропускную способность, задержку и энергопотребление. Чтобы решить эту проблему, 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. Обычно фотодетекторы должны интегрировать материалы с узкой запрещенной зоной, такие как германий (Ge), для улучшения характеристик обнаружения, но это также приводит к более сложным производственным процессам, более высоким затратам и нестабильным выходам. 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 двойного микрокольцевого 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 имеет сверхскоростную и недорогую функцию фотоэлектрического интерфейса, которая, как ожидается, обеспечит передачу данных со скоростью более 3,2 Тб в секунду в будущих оптических сетях.
Технический прорыв: конструкция двойного микрокольцевого резонатора
Традиционные фотодетекторы часто имеют неразрешимые противоречия между пропускной способностью и чувствительностью. Исследовательская группа успешно смягчила это противоречие, используя конструкцию двойного микрокольцевого резонатора и эффективно подавив перекрестные помехи между каналами. Экспериментальные результаты показывают, чтополностью кремниевый фотодетекторИмеет отклик 0,4 А/Вт, темновой ток всего 1 нА, широкую полосу пропускания 40 ГГц и чрезвычайно низкий электрический перекрестный шум менее −50 дБ. Эта производительность сопоставима с текущими коммерческими фотодетекторами на основе кремний-германиевых и III-V материалов.
Взгляд в будущее: путь к инновациям в оптических сетях
Успешная разработка полностью кремниевого фотодетектора не только превзошла традиционное решение по технологии, но и достигла экономии около 40% стоимости, проложив путь к реализации высокоскоростных, недорогих оптических сетей в будущем. Технология полностью совместима с существующими процессами КМОП, имеет чрезвычайно высокий выход и производительность и, как ожидается, станет стандартным компонентом в области технологии кремниевой фотоники в будущем. В будущем исследовательская группа планирует продолжить оптимизацию конструкции для дальнейшего улучшения скорости поглощения и производительности полосы пропускания фотодетектора за счет снижения концентрации легирования и улучшения условий имплантации. В то же время исследование также изучит, как эта полностью кремниевая технология может быть применена к оптическим сетям в кластерах ИИ следующего поколения для достижения более высокой пропускной способности, масштабируемости и энергоэффективности.
Время публикации: 31 марта 2025 г.