Devrim niteliğindeki silikon fotodedektör（Si fotodedektör）

Devrimcisilikon fotodedektör(Si fotodedektörü)

Devrim niteliğindeki tüm silikon fotodedektör（Si fotodedektörü）, gelenekselin ötesinde performans

Yapay zeka modelleri ve derin sinir ağlarının artan karmaşıklığıyla, bilgi işlem kümeleri işlemciler, bellek ve işlem düğümleri arasındaki ağ iletişimine daha yüksek talepler getirir. Ancak, elektrik bağlantılarına dayalı geleneksel çip üstü ve çipler arası ağlar, bant genişliği, gecikme ve güç tüketimi için artan talebi karşılayamamıştır. Bu darboğazı çözmek için, uzun iletim mesafesi, yüksek hız, yüksek enerji verimliliği avantajlarına sahip optik bağlantı teknolojisi, giderek gelecekteki geliştirmenin umudu haline gelmektedir. Bunlar arasında, CMOS işlemine dayalı silikon fotonik teknolojisi, yüksek entegrasyonu, düşük maliyeti ve işleme doğruluğu nedeniyle büyük bir potansiyel göstermektedir. Ancak, yüksek performanslı fotodedektörlerin gerçekleştirilmesi hala birçok zorlukla karşı karşıyadır. Tipik olarak, fotodedektörlerin algılama performansını iyileştirmek için germanyum (Ge) gibi dar bant aralığına sahip malzemeleri entegre etmesi gerekir, ancak bu aynı zamanda daha karmaşık üretim süreçlerine, daha yüksek maliyetlere ve düzensiz verimlere de yol açar. Araştırma ekibi tarafından geliştirilen tamamen silikon fotodedektör, yenilikçi çift mikro halkalı rezonatör tasarımı sayesinde, germanyum kullanılmadan kanal başına 160 Gb/s veri iletim hızına, toplam 1,28 Tb/s iletim bant genişliğine ulaştı.

Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ortak bir araştırma ekibi, tamamen silikondan yapılmış bir çığ fotodiyotunu başarıyla geliştirdiklerini duyuran yenilikçi bir çalışma yayınladı (APD fotodedektörü) çipi. Bu çip, gelecekteki optik ağlarda saniyede 3,2 Tb'den fazla veri transferi sağlaması beklenen ultra yüksek hız ve düşük maliyetli fotoelektrik arayüz işlevine sahiptir.

Teknik atılım: çift mikro halka rezonatör tasarımı

Geleneksel fotodedektörler genellikle bant genişliği ve tepkisellik arasında uzlaşmaz çelişkilere sahiptir. Araştırma ekibi, çift mikro-rezonatörlü bir rezonatör tasarımı kullanarak ve kanallar arasındaki çapraz konuşmayı etkili bir şekilde bastırarak bu çelişkiyi başarıyla giderdi. Deneysel sonuçlar,tüm silikon fotodedektör0,4 A/W'lık bir tepki, 1 nA kadar düşük bir karanlık akım, 40 GHz'lik yüksek bir bant genişliği ve -50 dB'den daha düşük son derece düşük bir elektriksel çapraz konuşma vardır. Bu performans, silikon-germanyum ve III-V malzemelerine dayalı mevcut ticari fotodedektörlerle karşılaştırılabilir.

Geleceğe bakış: Optik ağlarda inovasyona giden yol

Tüm silikon fotodetektörün başarılı bir şekilde geliştirilmesi, yalnızca teknolojide geleneksel çözümü aşmakla kalmadı, aynı zamanda maliyette yaklaşık %40 tasarruf sağlayarak gelecekte yüksek hızlı, düşük maliyetli optik ağların gerçekleştirilmesinin önünü açtı. Teknoloji, mevcut CMOS süreçleriyle tamamen uyumludur, son derece yüksek verime ve verime sahiptir ve gelecekte silikon fotonik teknolojisi alanında standart bir bileşen olması beklenmektedir. Araştırma ekibi, gelecekte, doping konsantrasyonlarını azaltarak ve implantasyon koşullarını iyileştirerek fotodetektörün emilim oranını ve bant genişliği performansını daha da iyileştirmek için tasarımı optimize etmeye devam etmeyi planlıyor. Aynı zamanda araştırma, bu tüm silikon teknolojisinin daha yüksek bant genişliği, ölçeklenebilirlik ve enerji verimliliği elde etmek için yeni nesil AI kümelerindeki optik ağlara nasıl uygulanabileceğini de araştıracaktır.