Revolutionairsiliciumfotodetector(Si-fotodetector)
Revolutionaire volledig silicium fotodetectorSi-fotodetector) prestaties die verder gaan dan het 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 op basis van elektrische verbindingen kunnen echter niet voldoen aan de groeiende vraag naar bandbreedte, latentie en energieverbruik. Om dit knelpunt op te lossen, wordt optische interconnectietechnologie, met zijn voordelen van grote transmissieafstand, hoge snelheid en hoge energie-efficiëntie, steeds meer de hoop voor de toekomst. Siliciumfotonicatechnologie op basis van het CMOS-proces toont daarbij veel potentie vanwege de hoge integratiegraad, lage kosten en verwerkingsnauwkeurigheid. De realisatie van hoogwaardige fotodetectoren stuit echter nog steeds op veel uitdagingen. Fotodetectoren vereisen doorgaans de integratie van materialen met een smalle bandgap, zoals germanium (Ge), om de detectieprestaties te verbeteren, maar dit leidt ook tot complexere productieprocessen, hogere kosten en onregelmatige opbrengsten. De volledig silicium fotodetector die door het onderzoeksteam is ontwikkeld, behaalde 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 ze aankondigen dat ze met succes een volledig silicium lawinefotodiode hebben ontwikkeld (APD-fotodetectorDeze chip beschikt over een ultrasnelle en goedkope foto-elektrische interfacefunctie, waarmee naar verwachting in toekomstige optische netwerken gegevensoverdrachtssnelheden van meer dan 3,2 Tb per seconde bereikt zullen worden.
Technische doorbraak: ontwerp van een dubbele microringresonator
Traditionele fotodetectoren vertonen vaak onoverkomelijke tegenstrijdigheden tussen bandbreedte en responsiviteit. Het onderzoeksteam heeft deze tegenstrijdigheid met succes verholpen door gebruik te maken van een ontwerp met dubbele microringresonatoren en door overspraak tussen kanalen effectief te onderdrukken. Experimentele resultaten tonen aan dat devolledig silicium fotodetectorHet heeft 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.
Vooruitblik op de toekomst: De weg naar innovatie in optische netwerken
De succesvolle ontwikkeling van de volledig silicium fotodetector heeft niet alleen de traditionele oplossing technologisch overtroffen, maar ook een kostenbesparing van ongeveer 40% opgeleverd, waarmee de weg wordt vrijgemaakt 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 een standaardcomponent worden in de siliciumfotonica. Het onderzoeksteam is van plan om het ontwerp verder te optimaliseren om de absorptiesnelheid en bandbreedteprestaties van de fotodetector verder te verbeteren door de doteringsconcentraties te verlagen en de implantatieomstandigheden te verbeteren. Tegelijkertijd zal het onderzoek ook onderzoeken hoe deze volledig siliciumtechnologie kan worden toegepast in optische netwerken in de volgende generatie AI-clusters om een hogere bandbreedte, schaalbaarheid en energie-efficiëntie te bereiken.
Geplaatst op: 31 maart 2025