Fotodetector de silício revolucionário (fotodetector de Si)

Revolucionáriofotodetector de silício(Fotodetector de Si)

Fotodetector revolucionário totalmente em silício (Fotodetector de silício）, desempenho além do tradicional

Com a crescente complexidade dos modelos de inteligência artificial e das redes neurais profundas, os clusters de computação impõem maiores exigências à comunicação em rede entre processadores, memória e nós de computação. No entanto, as redes tradicionais on-chip e inter-chip baseadas em conexões elétricas têm se mostrado incapazes de atender à crescente demanda por largura de banda, latência e consumo de energia. Para solucionar esse gargalo, a tecnologia de interconexão óptica, com suas vantagens de longo alcance de transmissão, alta velocidade e eficiência energética, surge gradualmente como a esperança para o desenvolvimento futuro. Dentre elas, a tecnologia fotônica de silício baseada no processo CMOS demonstra grande potencial devido à sua alta integração, baixo custo e precisão de processamento. Contudo, a obtenção de fotodetectores de alto desempenho ainda enfrenta muitos desafios. Tipicamente, os fotodetectores necessitam da integração de materiais com uma banda proibida estreita, como o germânio (Ge), para melhorar o desempenho de detecção, mas isso também leva a processos de fabricação mais complexos, custos mais elevados e rendimentos irregulares. O fotodetector totalmente de silício desenvolvido pela equipe de pesquisa alcançou uma velocidade de transmissão de dados de 160 Gb/s por canal sem o uso de germânio, com uma largura de banda de transmissão total de 1,28 Tb/s, por meio de um design inovador de ressonador de microring duplo.

Recentemente, uma equipe conjunta de pesquisa nos Estados Unidos publicou um estudo inovador, anunciando que desenvolveu com sucesso um fotodiodo de avalanche totalmente de silício (Fotodetector APDEste chip possui uma função de interface fotoelétrica de ultra-alta velocidade e baixo custo, que deverá atingir uma transferência de dados superior a 3,2 Tb por segundo em futuras redes ópticas.

Avanço técnico: design de ressonador de microring duplo

Os fotodetectores tradicionais frequentemente apresentam contradições irreconciliáveis ​​entre largura de banda e capacidade de resposta. A equipe de pesquisa conseguiu atenuar essa contradição utilizando um projeto de ressonador de microring duplo e suprimindo efetivamente a interferência entre os canais. Os resultados experimentais mostram que ofotodetector totalmente de silícioPossui uma resposta de 0,4 A/W, uma corrente escura tão baixa quanto 1 nA, uma alta largura de banda de 40 GHz e uma diafonia elétrica extremamente baixa, inferior a −50 dB. Esse desempenho é comparável ao de fotodetectores comerciais atuais baseados em silício-germânio e materiais III-V.

Olhando para o futuro: O caminho para a inovação em redes ópticas

O desenvolvimento bem-sucedido do fotodetector totalmente em silício não só superou a solução tradicional em termos de tecnologia, como também alcançou uma economia de cerca de 40% nos custos, abrindo caminho para a implementação de redes ópticas de alta velocidade e baixo custo no futuro. A tecnologia é totalmente compatível com os processos CMOS existentes, apresenta altíssimo rendimento e espera-se que se torne um componente padrão no campo da tecnologia fotônica de silício no futuro. A equipe de pesquisa planeja continuar otimizando o projeto para aprimorar ainda mais a taxa de absorção e o desempenho de largura de banda do fotodetector, reduzindo as concentrações de dopagem e melhorando as condições de implantação. Ao mesmo tempo, a pesquisa também explorará como essa tecnologia totalmente em silício pode ser aplicada a redes ópticas em clusters de IA de próxima geração para alcançar maior largura de banda, escalabilidade e eficiência energética.