Revolutionairsilicium fotodetector(Si-fotodetector)
Revolutionaire volledig silicium fotodetector（Si-fotodetector）, prestaties die verder gaan dan de traditionele
Met de toenemende complexiteit van kunstmatige intelligentiemodellen en diepe neurale netwerken stellen computerclusters hogere eisen aan de netwerkcommunicatie tussen processors, geheugen en rekenknooppunten. Traditionele on-chip en inter-chip netwerken, gebaseerd op elektrische verbindingen, konden echter niet voldoen aan de groeiende vraag naar bandbreedte, latentie en stroomverbruik. Om dit knelpunt op te lossen, wordt optische interconnectietechnologie met zijn lange transmissieafstand, hoge snelheid en hoge energie-efficiëntie geleidelijk de hoop voor toekomstige ontwikkeling. Siliciumfotonicatechnologie, gebaseerd op het CMOS-proces, toont een groot potentieel vanwege de hoge integratie, lage kosten en verwerkingsnauwkeurigheid. De realisatie van hoogwaardige fotodetectoren kent echter nog steeds vele uitdagingen. Fotodetectoren moeten doorgaans materialen met een smalle bandkloof, zoals germanium (Ge), integreren om de detectieprestaties te verbeteren, maar dit leidt ook tot complexere productieprocessen, hogere kosten en grillige opbrengsten. De volledig uit silicium vervaardigde fotodetector die het onderzoeksteam ontwikkelde, bereikte een gegevensoverdrachtssnelheid van 160 Gb/s per kanaal zonder gebruik van germanium, met een totale transmissiebandbreedte van 1,28 Tb/s, dankzij een innovatief ontwerp met dubbele microringresonator.
Onlangs heeft een gezamenlijk onderzoeksteam in de Verenigde Staten een innovatieve studie gepubliceerd, waarin wordt aangekondigd dat zij met succes een volledig uit silicium vervaardigde lawinefotodiode hebben ontwikkeld (APD-fotodetector) chip. Deze chip heeft een foto-elektrische interfacefunctie met een extreem hoge snelheid en lage kosten, waardoor naar verwachting in toekomstige optische netwerken een gegevensoverdrachtsnelheid van meer dan 3,2 TB per seconde kan worden bereikt.
Technische doorbraak: ontwerp van dubbele microringresonator
Traditionele fotodetectoren hebben vaak een onoverbrugbare tegenstelling tussen bandbreedte en responsiviteit. Het onderzoeksteam heeft deze tegenstelling succesvol overwonnen door een resonatorontwerp met dubbele microring te gebruiken en overspraak tussen kanalen effectief te onderdrukken. Experimentele resultaten tonen aan dat devolledig silicium fotodetectorHeeft een respons van 0,4 A/W, een donkerstroom van slechts 1 nA, een hoge bandbreedte van 40 GHz en een extreem lage elektrische overspraak van minder dan -50 dB. Deze prestaties zijn vergelijkbaar met die van huidige commerciële fotodetectoren op basis van silicium-germanium en III-V-materialen.
Kijken naar de toekomst: de weg naar innovatie in optische netwerken
De succesvolle ontwikkeling van de volledig silicium fotodetector overtrof niet alleen de traditionele technologische oplossing, maar leverde ook een kostenbesparing van ongeveer 40% op, wat de weg vrijmaakt voor de realisatie van snelle, goedkope optische netwerken in de toekomst. De technologie is volledig compatibel met bestaande CMOS-processen, heeft een extreem hoge opbrengst en zal naar verwachting in de toekomst een standaardcomponent worden in de siliciumfotonicatechnologie. Het onderzoeksteam is van plan het ontwerp in de toekomst verder te optimaliseren om de absorptiesnelheid en bandbreedte van de fotodetector verder te verbeteren door de dopingconcentraties te verlagen en de implantatieomstandigheden te verbeteren. Tegelijkertijd zal het onderzoek ook onderzoeken hoe deze volledig siliciumtechnologie kan worden toegepast op optische netwerken in AI-clusters van de volgende generatie om een hogere bandbreedte, schaalbaarheid en energie-efficiëntie te bereiken.
Plaatsingstijd: 31-03-2025