Rebolusyonaryong silicon photodetector（Si photodetector）

Rebolusyonaryophotodetector ng silikon（Si photodetector）

Rebolusyonaryong photodetector na puro silikon（Si photodetector）, pagganap na higit pa sa tradisyonal

Dahil sa patuloy na pagiging kumplikado ng mga modelo ng artificial intelligence at malalalim na neural network, ang mga computing cluster ay naglalagay ng mas mataas na pangangailangan sa komunikasyon sa network sa pagitan ng mga processor, memory, at compute node. Gayunpaman, ang mga tradisyonal na on-chip at inter-chip network na nakabatay sa mga koneksyong elektrikal ay hindi kayang matugunan ang lumalaking pangangailangan para sa bandwidth, latency, at pagkonsumo ng kuryente. Upang malutas ang bottleneck na ito, ang optical interconnection technology, kasama ang mahabang transmission distance, mabilis na bilis, at mataas na energy efficiency, ay unti-unting nagiging pag-asa ng pag-unlad sa hinaharap. Kabilang sa mga ito, ang silicon photonic technology na nakabatay sa CMOS process ay nagpapakita ng malaking potensyal dahil sa mataas na integration, mababang gastos, at katumpakan sa pagproseso. Gayunpaman, ang pagsasakatuparan ng mga high-performance photodetector ay nahaharap pa rin sa maraming hamon. Kadalasan, kailangang i-integrate ng mga photodetector ang mga materyales na may makitid na band gap, tulad ng germanium (Ge), upang mapabuti ang performance ng detection, ngunit humahantong din ito sa mas kumplikadong proseso ng pagmamanupaktura, mas mataas na gastos, at pabagu-bagong ani. Ang all-silicon photodetector na binuo ng pangkat ng pananaliksik ay nakamit ang bilis ng pagpapadala ng datos na 160 Gb/s bawat channel nang hindi gumagamit ng germanium, na may kabuuang bandwidth ng pagpapadala na 1.28 Tb/s, sa pamamagitan ng isang makabagong disenyo ng dual-microring resonator.

Kamakailan lamang, isang magkasanib na pangkat ng pananaliksik sa Estados Unidos ang naglathala ng isang makabagong pag-aaral, na nag-aanunsyo na matagumpay nilang nakabuo ng isang all-silicon avalanche photodiode (Detektor ng APD) chip. Ang chip na ito ay may napakabilis at murang photoelectric interface function, na inaasahang makakamit ng mahigit sa 3.2 Tb kada segundong paglilipat ng data sa mga optical network sa hinaharap.

Teknikal na tagumpay: disenyo ng dobleng microring resonator

Ang mga tradisyunal na photodetector ay kadalasang mayroong hindi mapagkakasunduang mga kontradiksyon sa pagitan ng bandwidth at responsiveness. Matagumpay na naibsan ng pangkat ng pananaliksik ang kontradiksyong ito sa pamamagitan ng paggamit ng disenyo ng double-microring resonator at epektibong napigilan ang cross-talk sa pagitan ng mga channel. Ipinapakita ng mga resulta ng eksperimento na angphotodetector na puro silikonay may tugon na 0.4 A/W, isang madilim na kuryente na 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 mga komersyal na photodetector na batay sa silicon-germanium at III-V na mga materyales.

Pagtingin sa hinaharap: Ang Landas tungo sa inobasyon sa mga optical network

Ang matagumpay na pag-unlad ng all-silicon photodetector ay hindi lamang nalampasan ang tradisyonal na solusyon sa teknolohiya, kundi nakamit din ang halos 40% na pagtitipid sa gastos, na nagbukas ng daan para sa pagsasakatuparan ng mga high-speed at low-cost optical network sa hinaharap. Ang teknolohiyang ito ay ganap na tugma sa mga umiiral na proseso ng CMOS, may napakataas na ani at ani, at inaasahang magiging isang karaniwang bahagi sa larangan ng teknolohiya ng silicon photonics sa hinaharap. Sa hinaharap, plano ng pangkat ng pananaliksik na patuloy na i-optimize ang disenyo upang higit pang mapabuti ang absorption rate at bandwidth performance ng photodetector sa pamamagitan ng pagbabawas ng mga konsentrasyon ng doping at pagpapabuti ng mga kondisyon ng implantation. Kasabay nito, susuriin din ng pananaliksik kung paano mailalapat ang all-silicon technology na ito sa mga optical network sa mga susunod na henerasyon ng AI cluster upang makamit ang mas mataas na bandwidth, scalability at energy efficiency.