Revolucionārs silīcija fotodetektors (Si fotodetektors)

Revolucionārssilīcija fotodetektors(Si fotodetektors)

Revolucionārs pilnībā no silīcija izgatavots fotodetektors (Si fotodetektors), sniegums, kas pārsniedz tradicionālo

Pieaugot mākslīgā intelekta modeļu un dziļo neironu tīklu sarežģītībai, skaitļošanas klasteri izvirza augstākas prasības tīkla komunikācijai starp procesoriem, atmiņu un skaitļošanas mezgliem. Tomēr tradicionālie mikroshēmu un starpčipu tīkli, kuru pamatā ir elektriskie savienojumi, nav spējuši apmierināt pieaugošo pieprasījumu pēc joslas platuma, latentuma un enerģijas patēriņa. Lai atrisinātu šo sašaurinājumu, optisko savienojumu tehnoloģija ar tās lielo pārraides attālumu, lielo ātrumu un augstas energoefektivitātes priekšrocībām pakāpeniski kļūst par nākotnes attīstības cerību. Starp tām silīcija fotoniskā tehnoloģija, kuras pamatā ir CMOS process, uzrāda lielu potenciālu, pateicoties tās augstajai integrācijai, zemajām izmaksām un apstrādes precizitātei. Tomēr augstas veiktspējas fotodetektoru realizācija joprojām saskaras ar daudzām problēmām. Parasti fotodetektoriem ir jāintegrē materiāli ar šauru joslas atstarpi, piemēram, germānijs (Ge), lai uzlabotu detektēšanas veiktspēju, taču tas noved pie sarežģītākiem ražošanas procesiem, augstākām izmaksām un neregulāras ražas. Pētnieku komandas izstrādātais pilnībā no silīcija izgatavotais fotodetektors, izmantojot inovatīvu divu mikrogredzenu rezonatora dizainu, sasniedza datu pārraides ātrumu 160 Gb/s uz kanālu, neizmantojot germāniju, ar kopējo pārraides joslas platumu 1,28 Tb/s.

Nesen kopīga pētnieku komanda Amerikas Savienotajās Valstīs publicēja inovatīvu pētījumu, paziņojot, ka viņiem ir veiksmīgi izstrādāta pilnībā no silīcija izgatavota lavīnas fotodiode (APD fotodetektors) mikroshēma. Šai mikroshēmai ir īpaši ātrdarbīga un lēta fotoelektriskā saskarnes funkcija, kas, domājams, nākotnes optiskajos tīklos nodrošinās datu pārraides ātrumu vairāk nekā 3,2 Tb sekundē.

Tehnisks sasniegums: dubultā mikrogredzena rezonatora dizains

Tradicionālajiem fotodetektoriem bieži vien ir nesamierināmas pretrunas starp joslas platumu un reaģētspēju. Pētnieku komanda veiksmīgi mazināja šo pretrunu, izmantojot dubultmikrogredzenu rezonatora dizainu un efektīvi nomācot šķērsrunas starp kanāliem. Eksperimentālie rezultāti liecina, kapilnībā no silīcija izgatavots fotodetektorsir A reakcija 0,4 A/W, tumšā strāva tikai 1 nA, augsts joslas platums 40 GHz un ārkārtīgi zema elektriskā šķērsruna, kas ir mazāka par −50 dB. Šī veiktspēja ir salīdzināma ar pašreizējiem komerciālajiem fotodetektoriem, kuru pamatā ir silīcija-germānija un III-V materiāli.

Raugoties nākotnē: Ceļš uz inovācijām optiskajos tīklos

Pilnībā no silīcija veidotā fotodetektora veiksmīgā izstrāde ne tikai pārspēja tradicionālos tehnoloģiskos risinājumus, bet arī panāca aptuveni 40% izmaksu ietaupījumu, paverot ceļu ātrdarbīgu un lētu optisko tīklu realizācijai nākotnē. Šī tehnoloģija ir pilnībā saderīga ar esošajiem CMOS procesiem, tai ir ārkārtīgi augsta ražība un ienesīgums, un paredzams, ka nākotnē tā kļūs par standarta komponentu silīcija fotonikas tehnoloģiju jomā. Nākotnē pētniecības komanda plāno turpināt optimizēt dizainu, lai vēl vairāk uzlabotu fotodetektora absorbcijas ātrumu un joslas platuma veiktspēju, samazinot dopinga koncentrāciju un uzlabojot implantācijas apstākļus. Vienlaikus pētījumā tiks arī pētīts, kā šo pilnībā no silīcija veidoto tehnoloģiju var pielietot optiskajos tīklos nākamās paaudzes mākslīgā intelekta klasteros, lai sasniegtu lielāku joslas platumu, mērogojamību un energoefektivitāti.