Revolusjonerende silisiumfotodetektor (Si-fotodetektor)

Revolusjonerendesilisiumfotodetektor(Si-fotodetektor)

Revolusjonerende fotodetektor i helsilisium (Si-fotodetektor）, ytelse utover det tradisjonelle

Med den økende kompleksiteten til kunstig intelligens-modeller og dype nevrale nettverk, stiller dataklynger høyere krav til nettverkskommunikasjon mellom prosessorer, minne og databehandlingsnoder. Tradisjonelle nettverk på og mellom brikkeenheter basert på elektriske forbindelser har imidlertid ikke vært i stand til å møte den økende etterspørselen etter båndbredde, latens og strømforbruk. For å løse denne flaskehalsen har optisk sammenkoblingsteknologi med sin lange overføringsavstand, høye hastighet og fordeler med høy energieffektivitet gradvis blitt håpet for fremtidig utvikling. Blant disse viser silisiumfotonisk teknologi basert på CMOS-prosessen stort potensial på grunn av sin høye integrasjon, lave kostnader og prosesseringsnøyaktighet. Realiseringen av høyytelsesfotodetektorer står imidlertid fortsatt overfor mange utfordringer. Fotodetektorer må vanligvis integrere materialer med et smalt båndgap, som germanium (Ge), for å forbedre deteksjonsytelsen, men dette fører også til mer komplekse produksjonsprosesser, høyere kostnader og uregelmessige utbytter. Fotodetektoren i helsilisium som ble utviklet av forskerteamet, oppnådde en dataoverføringshastighet på 160 Gb/s per kanal uten bruk av germanium, med en total overføringsbåndbredde på 1,28 Tb/s, gjennom en innovativ design med to mikroringer i resonatoren.

Nylig publiserte et felles forskerteam i USA en innovativ studie, der de kunngjorde at de har utviklet en skredfotodiode laget av helsilisium (APD-fotodetektor)-brikke. Denne brikken har en ultrahøy hastighet og rimelig fotoelektrisk grensesnittfunksjon, som forventes å oppnå mer enn 3,2 TB per sekund dataoverføring i fremtidige optiske nettverk.

Teknisk gjennombrudd: design med dobbel mikroringresonator

Tradisjonelle fotodetektorer har ofte uforsonlige motsetninger mellom båndbredde og respons. Forskerteamet klarte å redusere denne motsetningen ved å bruke en dobbel mikroringresonatordesign og effektivt dempe krysstale mellom kanaler. Eksperimentelle resultater viser atfotodetektor av helsilisiumhar en respons på 0,4 A/W, en mørkestrøm så lav som 1 nA, en høy båndbredde på 40 GHz og en ekstremt lav elektrisk krysstale på mindre enn −50 dB. Denne ytelsen er sammenlignbar med dagens kommersielle fotodetektorer basert på silisium-germanium og III-V-materialer.

Et blikk mot fremtiden: Veien til innovasjon i optiske nettverk

Den vellykkede utviklingen av helsilisium-fotodetektoren overgikk ikke bare den tradisjonelle teknologiske løsningen, men oppnådde også en kostnadsbesparelse på omtrent 40 %, noe som banet vei for realisering av høyhastighets og rimelige optiske nettverk i fremtiden. Teknologien er fullt kompatibel med eksisterende CMOS-prosesser, har ekstremt høyt utbytte og forventes å bli en standardkomponent innen silisiumfotonikkteknologi i fremtiden. I fremtiden planlegger forskerteamet å fortsette å optimalisere designet for å forbedre absorpsjonshastigheten og båndbreddeytelsen til fotodetektoren ytterligere ved å redusere dopingkonsentrasjoner og forbedre implantasjonsforholdene. Samtidig vil forskningen også utforske hvordan denne helsilisiumteknologien kan brukes på optiske nettverk i neste generasjons AI-klynger for å oppnå høyere båndbredde, skalerbarhet og energieffektivitet.