Revolucionario fotodetector de silicio (fotodetector de Si)

Revolucionariofotodetector de silicio(Fotodetector de Si)

Revolucionario fotodetector totalmente de silicio (Fotodetector de Si), rendemento máis alá do tradicional

Coa crecente complexidade dos modelos de intelixencia artificial e as redes neuronais profundas, os clústeres de computación impón maiores demandas á comunicación de rede entre procesadores, memoria e nodos de computación. Non obstante, as redes tradicionais en chip e interchip baseadas en conexións eléctricas non puideron satisfacer a crecente demanda de ancho de banda, latencia e consumo de enerxía. Para resolver este pescozo de botella, a tecnoloxía de interconexión óptica, coas súas vantaxes de longa distancia de transmisión, alta velocidade e alta eficiencia enerxética, convértese gradualmente na esperanza do desenvolvemento futuro. Entre elas, a tecnoloxía fotónica de silicio baseada no proceso CMOS mostra un gran potencial debido á súa alta integración, baixo custo e precisión de procesamento. Non obstante, a realización de fotodetectores de alto rendemento aínda enfronta moitos desafíos. Normalmente, os fotodetectores necesitan integrar materiais cunha banda prohibida estreita, como o xermanio (Ge), para mellorar o rendemento da detección, pero isto tamén leva a procesos de fabricación máis complexos, custos máis elevados e rendementos erráticos. O fotodetector totalmente de silicio desenvolvido polo equipo de investigación conseguiu unha velocidade de transmisión de datos de 160 Gb/s por canal sen o uso de xermanio, cun ancho de banda de transmisión total de 1,28 Tb/s, mediante un innovador deseño de resonador de dobre microanel.

Recentemente, un equipo conxunto de investigación nos Estados Unidos publicou un estudo innovador no que anunciaron que desenvolveron con éxito un fotodíodo de avalancha totalmente de silicio (Fotodetector APD). Este chip ten unha función de interface fotoeléctrica de velocidade ultrarrápida e baixo custo, coa que se espera que alcance unha transferencia de datos de máis de 3,2 Tb por segundo nas futuras redes ópticas.

Avance técnico: deseño de resonador de dobre microanel

Os fotodetectores tradicionais adoitan ter contradicións irreconciliables entre o ancho de banda e a capacidade de resposta. O equipo de investigación aliviou con éxito esta contradición empregando un deseño de resonador de dobre microanel e suprimindo eficazmente a interferencia entre os canais. Os resultados experimentais mostran quefotodetector totalmente de silicioTen unha resposta de 0,4 A/W, unha corrente de escuridade de tan só 1 nA, unha ampla banda de 40 GHz e unha diafonía eléctrica extremadamente baixa, inferior a −50 dB. Este rendemento é comparable aos fotodetectores comerciais actuais baseados en materiais de silicio-xermanio e III-V.

Mirando cara ao futuro: o camiño cara á innovación nas redes ópticas

O desenvolvemento exitoso do fotodetector totalmente de silicio non só superou a solución tradicional en canto á tecnoloxía, senón que tamén conseguiu un aforro de aproximadamente o 40 % en custos, o que abriu o camiño para a realización de redes ópticas de alta velocidade e baixo custo no futuro. A tecnoloxía é totalmente compatible cos procesos CMOS existentes, ten un rendemento e unha capacidade extremadamente altos e espérase que se converta nun compoñente estándar no campo da tecnoloxía fotónica de silicio no futuro. No futuro, o equipo de investigación planea continuar optimizando o deseño para mellorar aínda máis a taxa de absorción e o rendemento do ancho de banda do fotodetector reducindo as concentracións de dopaxe e mellorando as condicións de implantación. Ao mesmo tempo, a investigación tamén explorará como se pode aplicar esta tecnoloxía totalmente de silicio ás redes ópticas en clústeres de IA de próxima xeración para lograr un maior ancho de banda, escalabilidade e eficiencia enerxética.