Revoliucinis silicio fotodetektorius (Si fotodetektorius)

Revoliucinissilicio fotodetektorius(Si fotodetektorius)

Revoliucinis vien tik silicio fotodetektorius (Si fotodetektorius), našumas, viršijantis tradicinius

Didėjant dirbtinio intelekto modelių ir giliųjų neuroninių tinklų sudėtingumui, skaičiavimo klasteriai kelia didesnius reikalavimus tinklo ryšiui tarp procesorių, atminties ir skaičiavimo mazgų. Tačiau tradiciniai elektros jungtimis pagrįsti tinklai lustuose ir tarp lustų negalėjo patenkinti augančio pralaidumo, delsos ir energijos suvartojimo poreikio. Siekiant išspręsti šią kliūtį, optinių sujungimų technologija, pasižyminti ilgu perdavimo atstumu, dideliu greičiu ir dideliais energijos vartojimo efektyvumo privalumais, pamažu tampa ateities plėtros viltimi. Tarp jų silicio fotoninė technologija, pagrįsta CMOS procesu, rodo didelį potencialą dėl didelės integracijos, mažos kainos ir apdorojimo tikslumo. Tačiau didelio našumo fotodetektorių realizavimas vis dar susiduria su daugeliu iššūkių. Paprastai fotodetektoriai turi integruoti medžiagas su siauru draudžiamuoju tarpu, pavyzdžiui, germanį (Ge), kad pagerėtų aptikimo našumas, tačiau tai taip pat lemia sudėtingesnius gamybos procesus, didesnes išlaidas ir nepastovius rezultatus. Mokslininkų komandos sukurtas fotodetektorius, pagamintas vien iš silicio, pasiekė 160 Gb/s duomenų perdavimo greitį vienam kanalui nenaudodamas germanio, o bendras perdavimo pralaidumas – 1,28 Tb/s, naudodamas novatorišką dviejų mikrožiedų rezonatoriaus konstrukciją.

Neseniai jungtinė tyrimų grupė Jungtinėse Valstijose paskelbė novatorišką tyrimą, kuriame teigiama, kad jiems sėkmingai sukurtas vien iš silicio pagamintas lavinos fotodiodas (APD fotodetektorius) lustas. Šis lustas pasižymi itin dideliu greičiu ir nebrangia fotoelektrinės sąsajos funkcija, kuri, kaip tikimasi, ateities optiniuose tinkluose pasieks daugiau nei 3,2 Tb per sekundę duomenų perdavimo spartą.

Techninis proveržis: dvigubo mikrožiedo rezonatoriaus konstrukcija

Tradiciniai fotodetektoriai dažnai turi nesuderinamų prieštaravimų tarp pralaidumo ir jautrumo. Tyrėjų komanda sėkmingai išsprendė šį prieštaravimą, naudodama dvigubo mikrožiedo rezonatoriaus konstrukciją ir efektyviai slopindama tarp kanalų esančius trukdžius. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kadvien silicio fotodetektoriuspasižymi 0,4 A/W A atsaku, vos 1 nA tamsiąja srove, dideliu 40 GHz dažnių juostos pločiu ir itin mažu elektriniu trukdžiu, mažesniu nei -50 dB. Šis našumas yra palyginamas su dabartiniais komerciniais fotodetektoriais, pagrįstais silicio-germanio ir III-V medžiagomis.

Žvilgsnis į ateitį: kelias į inovacijas optinių tinklų srityje

Sėkmingas vien iš silicio pagaminto fotodetektoriaus sukūrimas ne tik pranoko tradicinius technologinius sprendimus, bet ir padėjo sutaupyti apie 40 % sąnaudų, atverdamas kelią ateityje kurti didelės spartos ir nebrangius optinius tinklus. Ši technologija visiškai suderinama su esamais CMOS procesais, pasižymi itin dideliu našumu ir išeiga, todėl tikimasi, kad ateityje ji taps standartiniu komponentu silicio fotonikos technologijų srityje. Ateityje tyrimų komanda planuoja toliau optimizuoti konstrukciją, siekdama dar labiau pagerinti fotodetektoriaus sugerties greitį ir pralaidumo našumą, mažindama legiravimo koncentraciją ir gerindama implantacijos sąlygas. Tuo pačiu metu tyrime taip pat bus nagrinėjama, kaip ši vien iš silicio pagaminta technologija gali būti pritaikyta optiniuose tinkluose naujos kartos dirbtinio intelekto klasteriuose, siekiant didesnio pralaidumo, mastelio keitimo ir energijos vartojimo efektyvumo.