Rebolusyonaryong silicon photodetector（Si photodetector）

Rebolusyonaryosilikon na photodetector（Si photodetector）

Rebolusyonaryong all-silicon photodetector（Isang photodetector）, ang pagganap na higit sa tradisyonal

Sa pagtaas ng pagiging kumplikado ng mga modelo ng artificial intelligence at malalim na neural network, ang mga kumpol ng computing ay naglalagay ng mas mataas na pangangailangan sa komunikasyon ng network sa pagitan ng mga processor, memorya at mga compute node. Gayunpaman, ang mga tradisyonal na on-chip at inter-chip na network batay sa mga de-koryenteng koneksyon ay hindi natugunan ang lumalaking pangangailangan para sa bandwidth, latency at paggamit ng kuryente. Upang malutas ang bottleneck na ito, ang teknolohiya ng optical interconnection na may mahabang distansya ng paghahatid, mabilis na bilis, mga bentahe ng mataas na kahusayan sa enerhiya, ay unti-unting naging pag-asa ng pag-unlad sa hinaharap. Kabilang sa mga ito, ang teknolohiya ng silikon na photonic batay sa proseso ng CMOS ay nagpapakita ng malaking potensyal dahil sa mataas na pagsasama nito, mababang gastos at katumpakan ng pagproseso. Gayunpaman, ang pagsasakatuparan ng mga high-performance na photodetector ay nahaharap pa rin sa maraming hamon. Karaniwan, kailangan ng mga photodetector na isama ang mga materyales na may makitid na banda gap, tulad ng germanium (Ge), upang mapabuti ang pagganap ng pagtuklas, ngunit humahantong din ito sa mas kumplikadong mga proseso ng pagmamanupaktura, mas mataas na gastos, at mali-mali na ani. Nakamit ng all-silicon photodetector na binuo ng research team ang bilis ng paghahatid ng data na 160 Gb/s bawat channel nang hindi gumagamit ng germanium, na may kabuuang transmission bandwidth na 1.28 Tb/s, sa pamamagitan ng isang makabagong disenyo ng dual-microring resonator.

Kamakailan, isang pinagsamang pangkat ng pananaliksik sa Estados Unidos ang naglathala ng isang makabagong pag-aaral, na nagpahayag na sila ay matagumpay na nakabuo ng isang all-silicon avalanche photodiode (APD photodetector) chip. Ang chip na ito ay may ultra-high speed at murang photoelectric interface function, na inaasahang makakamit ng higit sa 3.2 Tb bawat segundong paglilipat ng data sa hinaharap na mga optical network.

Teknikal na tagumpay: double microring resonator na disenyo

Ang mga tradisyunal na photodetector ay kadalasang may hindi mapagkakasundo na mga kontradiksyon sa pagitan ng bandwidth at pagtugon. Matagumpay na napawi ng research team ang kontradiksyon na ito sa pamamagitan ng paggamit ng double-microring resonator na disenyo at epektibong pinigilan ang cross-talk sa pagitan ng mga channel. Ipinapakita ng mga eksperimentong resulta na angall-silicon photodetectoray may tugon na 0.4 A/W, isang madilim na kasalukuyang kasingbaba ng 1 nA, isang mataas na bandwidth na 40 GHz, at isang napakababang electrical crosstalk na mas mababa sa −50 dB. Ang pagganap na ito ay maihahambing sa kasalukuyang komersyal na photodetector batay sa silicon-germanium at III-V na materyales.

Pagtingin sa hinaharap: Ang Landas sa pagbabago sa mga optical network

Ang matagumpay na pag-unlad ng all-silicon photodetector ay hindi lamang nalampasan ang tradisyunal na solusyon sa teknolohiya, ngunit nakamit din ang isang matitipid na humigit-kumulang 40% sa gastos, na nagbibigay daan para sa pagsasakatuparan ng mataas na bilis, mababang gastos na optical network sa hinaharap. Ang teknolohiya ay ganap na katugma sa mga kasalukuyang proseso ng CMOS, ay may napakataas na ani at ani, at inaasahang magiging isang karaniwang bahagi sa larangan ng teknolohiya ng silicon photonics sa hinaharap. Sa hinaharap, pinaplano ng pangkat ng pananaliksik na patuloy na i-optimize ang disenyo upang higit na mapabuti ang rate ng pagsipsip at pagganap ng bandwidth ng photodetector sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga konsentrasyon ng doping at pagpapabuti ng mga kondisyon ng pagtatanim. Kasabay nito, tutuklasin din ng pananaliksik kung paano mailalapat ang all-silicon na teknolohiyang ito sa mga optical network sa mga susunod na henerasyong AI clusters para makamit ang mas mataas na bandwidth, scalability at energy efficiency.