Revoluţionarfotodetector de siliciu(Fotodetector de Si)
Fotodetector revoluționar complet din siliciu (Fotodetector de Si), performanță dincolo de tradițional
Odată cu creșterea complexității modelelor de inteligență artificială și a rețelelor neuronale profunde, clusterele de calcul impun cerințe mai mari privind comunicarea în rețea între procesoare, memorie și noduri de calcul. Cu toate acestea, rețelele tradiționale on-chip și inter-chip bazate pe conexiuni electrice nu au reușit să satisfacă cererea tot mai mare de lățime de bandă, latență și consum de energie. Pentru a rezolva acest blocaj, tehnologia de interconectare optică, cu distanța lungă de transmisie, viteza mare și avantajele sale de eficiență energetică ridicată, a devenit treptat speranța dezvoltării viitoare. Printre acestea, tehnologia fotonică pe siliciu bazată pe procesul CMOS prezintă un mare potențial datorită integrării sale ridicate, costului redus și preciziei de procesare. Cu toate acestea, realizarea fotodetectorilor de înaltă performanță se confruntă încă cu multe provocări. De obicei, fotodetectorii trebuie să integreze materiale cu o bandă interzisă îngustă, cum ar fi germaniul (Ge), pentru a îmbunătăți performanța de detecție, dar acest lucru duce și la procese de fabricație mai complexe, costuri mai mari și randamente neregulate. Fotodetectorul complet din siliciu dezvoltat de echipa de cercetare a atins o viteză de transmisie a datelor de 160 Gb/s pe canal fără utilizarea germaniului, cu o lățime de bandă totală de transmisie de 1,28 Tb/s, printr-un design inovator al rezonatorului cu două microinele.
Recent, o echipă comună de cercetare din Statele Unite a publicat un studiu inovator, anunțând că a dezvoltat cu succes o fotodiodă de avalanșă din siliciu (Fotodetector APD) cip. Acest cip are o funcție de interfață fotoelectrică de viteză ultra-înaltă și cost redus, despre care se așteaptă să atingă un transfer de date de peste 3,2 Tb pe secundă în rețelele optice ale viitorului.
Descoperire tehnică: designul rezonatorului cu microinel dublu
Fotodetectoarele tradiționale au adesea contradicții ireconciliabile între lățimea de bandă și timpul de răspuns. Echipa de cercetare a atenuat cu succes această contradicție utilizând un design de rezonator cu dublu microinel și a suprimat eficient diafonia dintre canale. Rezultatele experimentale arată căfotodetector integral din siliciuare un răspuns A de 0,4 A/W, un curent de întuneric de până la 1 nA, o lățime de bandă mare de 40 GHz și o diafonie electrică extrem de scăzută, mai mică de -50 dB. Această performanță este comparabilă cu fotodetectoarele comerciale actuale bazate pe materiale siliciu-germaniu și III-V.
Privind spre viitor: Calea către inovație în rețelele optice
Dezvoltarea cu succes a fotodetectorului complet pe siliciu nu numai că a depășit soluția tradițională din punct de vedere tehnologic, dar a realizat și o economie de aproximativ 40% la cost, deschizând calea pentru realizarea unor rețele optice de mare viteză și costuri reduse în viitor. Tehnologia este pe deplin compatibilă cu procesele CMOS existente, are un randament și o capacitate extrem de ridicate și se așteaptă să devină o componentă standard în domeniul tehnologiei fotonice pe siliciu în viitor. În viitor, echipa de cercetare intenționează să continue optimizarea designului pentru a îmbunătăți rata de absorbție și performanța lățimii de bandă a fotodetectorului prin reducerea concentrațiilor de dopare și îmbunătățirea condițiilor de implantare. În același timp, cercetarea va explora, de asemenea, modul în care această tehnologie complet pe siliciu poate fi aplicată rețelelor optice din clustere de inteligență artificială de generație următoare pentru a obține o lățime de bandă, scalabilitate și eficiență energetică mai mari.
Data publicării: 31 martie 2025