Revolutionærsilicium fotodetektor(Si-fotodetektor)
Revolutionerende fotodetektor i fuld silicium (Si-fotodetektor）, ydeevne ud over det traditionelle
Med den stigende kompleksitet af kunstig intelligens-modeller og dybe neurale netværk stiller computerklynger højere krav til netværkskommunikation mellem processorer, hukommelse og computernoder. Traditionelle on-chip og inter-chip-netværk baseret på elektriske forbindelser har dog ikke været i stand til at imødekomme den voksende efterspørgsel efter båndbredde, latenstid og strømforbrug. For at løse denne flaskehals er optisk sammenkoblingsteknologi med sin lange transmissionsafstand, hurtige hastighed og fordele med høj energieffektivitet gradvist blevet håbet for fremtidig udvikling. Blandt disse viser siliciumfotonisk teknologi baseret på CMOS-processen et stort potentiale på grund af dens høje integration, lave omkostninger og behandlingsnøjagtighed. Realiseringen af højtydende fotodetektorer står dog stadig over for mange udfordringer. Typisk skal fotodetektorer integrere materialer med et smalt båndgab, såsom germanium (Ge), for at forbedre detektionsydelsen, men dette fører også til mere komplekse fremstillingsprocesser, højere omkostninger og uregelmæssige udbytter. Den fotodetektor, der er fremstillet udelukkende af silicium, og som forskerholdet har udviklet, opnåede en datatransmissionshastighed på 160 Gb/s pr. kanal uden brug af germanium med en samlet transmissionsbåndbredde på 1,28 Tb/s gennem et innovativt design med dobbelt mikroringresonator.
For nylig har et fælles forskerhold i USA offentliggjort en innovativ undersøgelse, der annoncerer, at de med succes har udviklet en lavine-fotodiode udelukkende af silicium (APD-fotodetektor) chip. Denne chip har en ultrahurtig og billig fotoelektrisk interfacefunktion, som forventes at opnå en dataoverførsel på mere end 3,2 Tb pr. sekund i fremtidige optiske netværk.
Teknisk gennembrud: design med dobbelt mikroringresonator
Traditionelle fotodetektorer har ofte uforenelige modsætninger mellem båndbredde og responsivitet. Forskerholdet har med succes afhjulpet denne modsætning ved at bruge et dobbelt-mikroringresonatordesign og effektivt undertrykt krydstale mellem kanaler. Eksperimentelle resultater viser, atfotodetektor af ren siliciumhar en respons på 0,4 A/W, en mørkestrøm så lav som 1 nA, en høj båndbredde på 40 GHz og en ekstremt lav elektrisk krydstale på mindre end -50 dB. Denne ydeevne kan sammenlignes med nuværende kommercielle fotodetektorer baseret på silicium-germanium og III-V-materialer.
Et blik mod fremtiden: Vejen til innovation i optiske netværk
Den succesfulde udvikling af den fuldt ud siliciumbaserede fotodetektor overgik ikke blot den traditionelle teknologiske løsning, men opnåede også en besparelse på omkring 40 % i omkostninger, hvilket baner vejen for realiseringen af højhastigheds- og billige optiske netværk i fremtiden. Teknologien er fuldt kompatibel med eksisterende CMOS-processer, har et ekstremt højt udbytte og forventes at blive en standardkomponent inden for siliciumfotonikteknologi i fremtiden. I fremtiden planlægger forskerholdet at fortsætte med at optimere designet for yderligere at forbedre fotodetektorens absorptionshastighed og båndbreddeydelse ved at reducere dopingkoncentrationer og forbedre implantationsforholdene. Samtidig vil forskningen også undersøge, hvordan denne fuldt ud siliciumbaserede teknologi kan anvendes på optiske netværk i næste generations AI-klynger for at opnå højere båndbredde, skalerbarhed og energieffektivitet.
Opslagstidspunkt: 31. marts 2025