Επαναστατικός φωτοανιχνευτής πυριτίου (φωτοανιχνευτής Si)

Επαναστατικόςφωτοανιχνευτής πυριτίου(Φωτοανιχνευτής Si)

Επαναστατικός φωτοανιχνευτής από πυρίτιοΦωτοανιχνευτής Si), απόδοση πέρα ​​από την παραδοσιακή

Με την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης και των βαθιών νευρωνικών δικτύων, τα clusters υπολογιστών θέτουν υψηλότερες απαιτήσεις στην επικοινωνία δικτύου μεταξύ επεξεργαστών, μνήμης και υπολογιστικών κόμβων. Ωστόσο, τα παραδοσιακά δίκτυα εντός και μεταξύ τσιπ που βασίζονται σε ηλεκτρικές συνδέσεις δεν έχουν καταφέρει να καλύψουν την αυξανόμενη ζήτηση για εύρος ζώνης, καθυστέρηση και κατανάλωση ενέργειας. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, η τεχνολογία οπτικής διασύνδεσης με τη μεγάλη απόσταση μετάδοσης, την υψηλή ταχύτητα και τα πλεονεκτήματα υψηλής ενεργειακής απόδοσης, σταδιακά γίνεται η ελπίδα μελλοντικής ανάπτυξης. Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία φωτονίων πυριτίου που βασίζεται στη διαδικασία CMOS παρουσιάζει μεγάλο δυναμικό λόγω της υψηλής ενσωμάτωσής της, του χαμηλού κόστους και της ακρίβειας επεξεργασίας. Ωστόσο, η υλοποίηση φωτοανιχνευτών υψηλής απόδοσης εξακολουθεί να αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις. Συνήθως, οι φωτοανιχνευτές πρέπει να ενσωματώνουν υλικά με στενό χάσμα ζώνης, όπως το γερμάνιο (Ge), για να βελτιώσουν την απόδοση ανίχνευσης, αλλά αυτό οδηγεί επίσης σε πιο σύνθετες διαδικασίες κατασκευής, υψηλότερο κόστος και ακανόνιστες αποδόσεις. Ο φωτοανιχνευτής εξ ολοκλήρου από πυρίτιο που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα πέτυχε ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων 160 Gb/s ανά κανάλι χωρίς τη χρήση γερμανίου, με συνολικό εύρος ζώνης μετάδοσης 1,28 Tb/s, μέσω ενός καινοτόμου σχεδιασμού συντονιστή διπλού μικροδακτυλίου.

Πρόσφατα, μια κοινή ερευνητική ομάδα στις Ηνωμένες Πολιτείες δημοσίευσε μια καινοτόμο μελέτη, ανακοινώνοντας ότι ανέπτυξαν με επιτυχία μια φωτοδίοδο χιονοστιβάδας από πυρίτιο (Φωτοανιχνευτής APD) τσιπ. Αυτό το τσιπ διαθέτει λειτουργία φωτοηλεκτρικής διεπαφής εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας και χαμηλού κόστους, η οποία αναμένεται να επιτύχει μεταφορά δεδομένων άνω των 3,2 Tb ανά δευτερόλεπτο σε μελλοντικά οπτικά δίκτυα.

Τεχνική ανακάλυψη: σχεδιασμός διπλού μικροδακτυλίου συντονιστή

Οι παραδοσιακοί φωτοανιχνευτές συχνά παρουσιάζουν αγεφύρωτες αντιφάσεις μεταξύ εύρους ζώνης και απόκρισης. Η ερευνητική ομάδα μείωσε με επιτυχία αυτήν την αντίφαση χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο συντονιστή διπλού μικροδακτυλίου και κατέστειλε αποτελεσματικά την αλληλεπικαλυπτόμενη επικοινωνία μεταξύ των καναλιών. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότιφωτοανιχνευτής εξ ολοκλήρου από πυρίτιοΈχει απόκριση 0,4 A/W, σκοτεινό ρεύμα μόλις 1 nA, υψηλό εύρος ζώνης 40 GHz και εξαιρετικά χαμηλή ηλεκτρική διασταύρωση μικρότερη από −50 dB. Αυτή η απόδοση είναι συγκρίσιμη με τους τρέχοντες εμπορικούς φωτοανιχνευτές που βασίζονται σε πυρίτιο-γερμάνιο και υλικά III-V.

Κοιτάζοντας προς το μέλλον: Η πορεία προς την καινοτομία στα οπτικά δίκτυα

Η επιτυχημένη ανάπτυξη του φωτοανιχνευτή εξ ολοκλήρου από πυρίτιο όχι μόνο ξεπέρασε την παραδοσιακή τεχνολογική λύση, αλλά πέτυχε και εξοικονόμηση περίπου 40% στο κόστος, ανοίγοντας το δρόμο για την υλοποίηση οπτικών δικτύων υψηλής ταχύτητας και χαμηλού κόστους στο μέλλον. Η τεχνολογία είναι πλήρως συμβατή με τις υπάρχουσες διαδικασίες CMOS, έχει εξαιρετικά υψηλή απόδοση και απόδοση και αναμένεται να γίνει ένα τυπικό στοιχείο στον τομέα της τεχνολογίας φωτονικής πυριτίου στο μέλλον. Στο μέλλον, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει να βελτιστοποιεί τον σχεδιασμό για να βελτιώσει περαιτέρω τον ρυθμό απορρόφησης και την απόδοση εύρους ζώνης του φωτοανιχνευτή, μειώνοντας τις συγκεντρώσεις προσμίξεων και βελτιώνοντας τις συνθήκες εμφύτευσης. Ταυτόχρονα, η έρευνα θα διερευνήσει επίσης πώς αυτή η τεχνολογία εξ ολοκλήρου από πυρίτιο μπορεί να εφαρμοστεί σε οπτικά δίκτυα σε clusters τεχνητής νοημοσύνης επόμενης γενιάς για να επιτευχθεί υψηλότερο εύρος ζώνης, επεκτασιμότητα και ενεργειακή απόδοση.