Revoluční křemíkový fotodetektor (Si fotodetektor)

Revolučníkřemíkový fotodetektor(Si fotodetektor)

Revoluční celokřemíkový fotodetektorSi fotodetektor), výkon nad rámec tradičních

S rostoucí složitostí modelů umělé inteligence a hlubokých neuronových sítí kladou výpočetní klastry vyšší nároky na síťovou komunikaci mezi procesory, pamětí a výpočetními uzly. Tradiční sítě na čipu a mezi čipy založené na elektrických spojeních však nedokázaly uspokojit rostoucí poptávku po šířce pásma, latenci a spotřebě energie. Aby se tento úzký hrdlo vyřešilo, technologie optického propojení s výhodami v podobě dlouhé přenosové vzdálenosti, vysoké rychlosti a vysoké energetické účinnosti se postupně stává nadějí budoucího rozvoje. Mezi nimi vykazuje velký potenciál křemíková fotonická technologie založená na procesu CMOS díky své vysoké integraci, nízkým nákladům a přesnosti zpracování. Realizace vysoce výkonných fotodetektorů však stále čelí mnoha výzvám. Fotodetektory obvykle potřebují integrovat materiály s úzkou pásmovou mezerou, jako je germanium (Ge), aby se zlepšil detekční výkon, ale to také vede ke složitějším výrobním procesům, vyšším nákladům a nepravidelným výtěžkům. Celokřemíkový fotodetektor vyvinutý výzkumným týmem dosáhl rychlosti přenosu dat 160 Gb/s na kanál bez použití germania s celkovou přenosovou šířkou pásma 1,28 Tb/s díky inovativní konstrukci rezonátoru s dvojitým mikrokroužkem.

Společný výzkumný tým ve Spojených státech nedávno publikoval inovativní studii, v níž oznámil, že se jim podařilo úspěšně vyvinout celokřemíkovou lavinovou fotodiodu (APD fotodetektor) čip. Tento čip má ultrarychlé a levné fotoelektrické rozhraní, u kterého se očekává, že v budoucích optických sítích dosáhne přenosu dat více než 3,2 Tb za sekundu.

Technický průlom: konstrukce dvojitého mikrokroužkového rezonátoru

Tradiční fotodetektory často čelí neslučitelným rozporům mezi šířkou pásma a citlivostí. Výzkumný tým tento rozpor úspěšně zmírnil použitím konstrukce s dvojitým mikrokroužkovým rezonátorem a účinně potlačil přeslechy mezi kanály. Experimentální výsledky ukazují, žecelokřemíkový fotodetektormá odezvu A 0,4 A/W, temný proud pouhých 1 nA, širokou šířku pásma 40 GHz a extrémně nízký elektrický přeslech menší než −50 dB. Tento výkon je srovnatelný se současnými komerčními fotodetektory založenými na křemíku-germániu a materiálech III-V.

Pohled do budoucnosti: Cesta k inovacím v optických sítích

Úspěšný vývoj celokřemíkového fotodetektoru nejenže překonal tradiční technologická řešení, ale také dosáhl úspory nákladů přibližně 40 %, což v budoucnu připravilo cestu pro realizaci vysokorychlostních a nízkonákladových optických sítí. Technologie je plně kompatibilní se stávajícími CMOS procesy, má extrémně vysoký výtěžek a energetickou účinnost a očekává se, že se v budoucnu stane standardní součástí v oblasti křemíkové fotonické technologie. V budoucnu plánuje výzkumný tým pokračovat v optimalizaci návrhu s cílem dále zlepšit absorpční rychlost a šířku pásma fotodetektoru snížením koncentrací dopingu a zlepšením implantačních podmínek. Současně se výzkum bude zabývat i tím, jak lze tuto celokřemíkovou technologii aplikovat na optické sítě v klastrech umělé inteligence nové generace, aby se dosáhlo vyšší šířky pásma, škálovatelnosti a energetické účinnosti.