Революционныйкремниевый фотодетектор(Киберкремниевый фотодетектор)
Революционный полностью кремниевый фотодетектор (Кремниевый фотодетекторпроизводительность, превосходящая традиционные
С ростом сложности моделей искусственного интеллекта и глубоких нейронных сетей вычислительные кластеры предъявляют всё более высокие требования к сетевой связи между процессорами, памятью и вычислительными узлами. Однако традиционные внутрикристальные и межкристальные сети, основанные на электрических соединениях, не справляются с растущими требованиями к пропускной способности, задержке и энергопотреблению. Для решения этой проблемы технология оптических межсоединений, обладающая преимуществами большой дальности передачи, высокой скорости и энергоэффективности, постепенно становится надеждой на будущее. Среди них кремниевая фотонная технология на основе КМОП-процесса демонстрирует большой потенциал благодаря высокой степени интеграции, низкой стоимости и точности обработки. Однако создание высокопроизводительных фотодетекторов по-прежнему сталкивается со многими проблемами. Как правило, для повышения эффективности обнаружения фотодетекторам необходимо интегрировать материалы с узкой запрещенной зоной, такие как германий (Ge), но это также приводит к усложнению производственных процессов, увеличению затрат и нестабильной производительности. Разработанный исследовательской группой полностью кремниевый фотодетектор достиг скорости передачи данных 160 Гбит/с на канал без использования германия, при общей полосе пропускания 1,28 Тбит/с, благодаря инновационной конструкции с двумя микрокольцевыми резонаторами.
Недавно объединенная исследовательская группа в Соединенных Штатах опубликовала инновационное исследование, объявив об успешной разработке полностью кремниевого лавинного фотодиода.Фотодетектор APDЭтот чип обладает сверхвысокой скоростью и низкой стоимостью фотоэлектрического интерфейса, что, как ожидается, позволит достичь скорости передачи данных более 3,2 Тб в секунду в будущих оптических сетях.
Технический прорыв: конструкция двойного микрокольцевого резонатора.
В традиционных фотодетекторах часто встречаются непримиримые противоречия между полосой пропускания и чувствительностью. Исследовательская группа успешно устранила это противоречие, используя конструкцию с двойным микрокольцевым резонатором и эффективно подавив перекрестные помехи между каналами. Экспериментальные результаты показывают, чтополностью кремниевый фотодетекторОбладает чувствительностью 0,4 А/Вт, темновой ток всего 1 нА, высокой полосой пропускания 40 ГГц и чрезвычайно низким уровнем электрических перекрестных помех менее −50 дБ. Эти характеристики сопоставимы с современными 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 традиционные решения по технологиям, но и позволила сэкономить около 40% средств, открывая путь к созданию высокоскоростных и недорогих оптических сетей в будущем. Технология полностью совместима с существующими CMOS-процессами, обладает чрезвычайно высокой производительностью и, как ожидается, станет стандартным компонентом в области кремниевой фотоники в будущем. В дальнейшем исследовательская группа планирует продолжить оптимизацию конструкции для дальнейшего улучшения коэффициента поглощения и полосы пропускания фотодетектора за счет снижения концентрации легирующих примесей и улучшения условий имплантации. Одновременно с этим будут изучены возможности применения этой полностью кремниевой технологии в оптических сетях кластеров искусственного интеллекта следующего поколения для достижения более высокой полосы пропускания, масштабируемости и энергоэффективности.
Дата публикации: 31 марта 2025 г.