Fotodetector de silicio revolucionario (fotodetector de Si)

Revolucionariofotodetector de silicio(Fotodetector de Si)

Fotodetector revolucionario totalmente de silicio (fotodetector de silicio), rendimiento más allá de lo tradicional

Con la creciente complejidad de los modelos de inteligencia artificial y las redes neuronales profundas, los clústeres de computación exigen una mayor comunicación en red entre procesadores, memoria y nodos de cómputo. Sin embargo, las redes tradicionales, tanto en chip como entre chips, basadas en conexiones eléctricas, no han podido satisfacer la creciente demanda de ancho de banda, latencia y consumo energético. Para superar este cuello de botella, la tecnología de interconexión óptica, con sus ventajas de largo alcance, alta velocidad y eficiencia energética, se perfila como la esperanza del desarrollo futuro. Entre ellas, la tecnología fotónica de silicio basada en el proceso CMOS muestra un gran potencial debido a su alta integración, bajo costo y precisión de procesamiento. No obstante, la obtención de fotodetectores de alto rendimiento aún enfrenta numerosos desafíos. Generalmente, los fotodetectores requieren la integración de materiales con una banda prohibida estrecha, como el germanio (Ge), para mejorar el rendimiento de detección, pero esto también conlleva procesos de fabricación más complejos, mayores costos y rendimientos variables. El fotodetector totalmente de silicio desarrollado por el equipo de investigación logró una velocidad de transmisión de datos de 160 Gb/s por canal sin utilizar germanio, con un ancho de banda de transmisión total de 1,28 Tb/s, gracias a un innovador diseño de resonador de doble microranillo.

Recientemente, un equipo conjunto de investigación en Estados Unidos ha publicado un estudio innovador en el que anuncia que han desarrollado con éxito un fotodiodo de avalancha totalmente de silicio (fotodetector APDEste chip posee una función de interfaz fotoeléctrica de ultra alta velocidad y bajo costo, que se espera que logre una transferencia de datos de más de 3,2 Tb por segundo en futuras redes ópticas.

Avance técnico: diseño de resonador de doble microranillo

Los fotodetectores tradicionales suelen presentar contradicciones irreconciliables entre ancho de banda y capacidad de respuesta. El equipo de investigación logró mitigar esta contradicción mediante el uso de un diseño de resonador de doble microranillo y suprimió eficazmente la diafonía entre canales. Los resultados experimentales muestran quefotodetector totalmente de silicioPresenta una respuesta de 0,4 A/W, una corriente oscura de tan solo 1 nA, un ancho de banda elevado de 40 GHz y una diafonía eléctrica extremadamente baja, inferior a −50 dB. Este rendimiento es comparable al de los fotodetectores comerciales actuales basados ​​en silicio-germanio y materiales III-V.

Mirando hacia el futuro: El camino hacia la innovación en redes ópticas

El desarrollo exitoso del fotodetector de silicio puro no solo superó la solución tradicional en tecnología, sino que también logró un ahorro de aproximadamente el 40 % en costos, allanando el camino para la realización de redes ópticas de alta velocidad y bajo costo en el futuro. La tecnología es totalmente compatible con los procesos CMOS existentes, presenta un rendimiento y una eficiencia extremadamente altos, y se espera que se convierta en un componente estándar en el campo de la fotónica de silicio. En el futuro, el equipo de investigación planea continuar optimizando el diseño para mejorar aún más la tasa de absorción y el ancho de banda del fotodetector mediante la reducción de las concentraciones de dopaje y la mejora de las condiciones de implantación. Asimismo, la investigación explorará cómo se puede aplicar esta tecnología de silicio puro a las redes ópticas en clústeres de IA de próxima generación para lograr un mayor ancho de banda, escalabilidad y eficiencia energética.