Revolučný kremíkový fotodetektor (Si fotodetektor)

Revolučnýkremíkový fotodetektor(Si fotodetektor)

Revolučný celokremíkový fotodetektorSi fotodetektor), výkon nad rámec tradičných

S rastúcou komplexnosťou modelov umelej inteligencie a hlbokých neurónových sietí kladú výpočtové klastre vyššie nároky na sieťovú komunikáciu medzi procesormi, pamäťou a výpočtovými uzlami. Tradičné siete na čipe a medzi čipmi založené na elektrických prepojeniach však nedokázali uspokojiť rastúci dopyt po šírke pásma, latencii a spotrebe energie. Na vyriešenie tohto úzkeho hrdla sa technológia optického prepojenia s výhodami dlhej prenosovej vzdialenosti, vysokej rýchlosti a vysokej energetickej účinnosti postupne stáva nádejou budúceho vývoja. Medzi nimi kremíková fotonická technológia založená na procese CMOS vykazuje veľký potenciál vďaka svojej vysokej integrácii, nízkym nákladom a presnosti spracovania. Realizácia vysokovýkonných fotodetektorov však stále čelí mnohým výzvam. Fotodetektory zvyčajne potrebujú integrovať materiály s úzkou pásmovou medzerou, ako je germánium (Ge), aby sa zlepšil výkon detekcie, ale to tiež vedie k zložitejším výrobným procesom, vyšším nákladom a nepravidelným výťažkom. Celokremíkový fotodetektor vyvinutý výskumným tímom dosiahol rýchlosť prenosu dát 160 Gb/s na kanál bez použitia germánia s celkovou prenosovou šírkou pásma 1,28 Tb/s vďaka inovatívnemu dizajnu dvojitého mikrokruhového rezonátora.

Spoločný výskumný tím v Spojených štátoch nedávno publikoval inovatívnu štúdiu, v ktorej oznámil, že úspešne vyvinul celokremíkovú lavínovú fotodiódu (APD fotodetektor) čip. Tento čip má ultrarýchlu a lacnú funkciu fotoelektrického rozhrania, ktorá by mala v budúcich optických sieťach dosiahnuť prenos dát viac ako 3,2 Tb za sekundu.

Technický prielom: dizajn dvojitého mikrokruhového rezonátora

Tradičné fotodetektory majú často nezlučiteľné rozpory medzi šírkou pásma a citlivosťou. Výskumný tím úspešne zmiernil tento rozpor použitím konštrukcie dvojitého mikrokruhového rezonátora a účinne potlačil presluchy medzi kanálmi. Experimentálne výsledky ukazujú, žecelokremíkový fotodetektormá odozvu A 0,4 A/W, tmavý prúd len 1 nA, vysokú šírku pásma 40 GHz a extrémne nízky elektrický presluch menej ako −50 dB. Tento výkon je porovnateľný so súčasnými komerčnými fotodetektormi založenými na kremíkovo-germániových a III-V materiáloch.

Pohľad do budúcnosti: Cesta k inováciám v optických sieťach

Úspešný vývoj celokremíkového fotodetektora nielenže prekonal tradičné technologické riešenie, ale dosiahol aj úsporu nákladov približne 40 %, čo v budúcnosti vydláždilo cestu pre realizáciu vysokorýchlostných a nízkonákladových optických sietí. Technológia je plne kompatibilná s existujúcimi procesmi CMOS, má extrémne vysoký výťažok a efektívnosť a očakáva sa, že sa v budúcnosti stane štandardnou súčasťou v oblasti kremíkovej fotoniky. V budúcnosti plánuje výskumný tím pokračovať v optimalizácii návrhu s cieľom ďalej zlepšiť mieru absorpcie a šírku pásma fotodetektora znížením koncentrácií dopingu a zlepšením podmienok implantácie. Zároveň sa výskum bude zaoberať aj tým, ako možno túto celokremíkovú technológiu aplikovať na optické siete v klastroch umelej inteligencie novej generácie s cieľom dosiahnuť vyššiu šírku pásma, škálovateľnosť a energetickú účinnosť.