Rivoluzionariofotorilevatore al silicio(Fotodiodo al silicio)
Rivoluzionario fotodiodo interamente in silicio（Fotodiodo al silicio）, prestazioni oltre il tradizionale
Con la crescente complessità dei modelli di intelligenza artificiale e delle reti neurali profonde, i cluster di elaborazione richiedono maggiori requisiti di comunicazione di rete tra processori, memoria e nodi di elaborazione. Tuttavia, le tradizionali reti on-chip e inter-chip basate su connessioni elettriche non sono state in grado di soddisfare la crescente domanda di larghezza di banda, latenza e consumo energetico. Per risolvere questo collo di bottiglia, la tecnologia di interconnessione ottica, con i suoi vantaggi di lunga distanza di trasmissione, elevata velocità ed elevata efficienza energetica, sta gradualmente diventando la speranza di sviluppo futuro. Tra queste, la tecnologia fotonica al silicio basata sul processo CMOS mostra un grande potenziale grazie all'elevata integrazione, al basso costo e alla precisione di elaborazione. Tuttavia, la realizzazione di fotodetector ad alte prestazioni deve ancora affrontare numerose sfide. In genere, i fotodetector devono integrare materiali con un gap di banda stretto, come il germanio (Ge), per migliorare le prestazioni di rilevamento, ma ciò comporta anche processi di produzione più complessi, costi più elevati e rese irregolari. Il fotodiodo interamente in silicio sviluppato dal team di ricerca ha raggiunto una velocità di trasmissione dati di 160 Gb/s per canale senza l'uso di germanio, con una larghezza di banda di trasmissione totale di 1,28 Tb/s, attraverso un innovativo design del risonatore a doppio microanello.
Di recente, un team di ricerca congiunto negli Stati Uniti ha pubblicato uno studio innovativo, annunciando di aver sviluppato con successo un fotodiodo a valanga interamente in silicio (Fotodiodo APD). Questo chip è dotato di una funzione di interfaccia fotoelettrica ad altissima velocità e basso costo, che si prevede consentirà di trasferire dati a oltre 3,2 Tb al secondo nelle future reti ottiche.
Innovazione tecnica: progettazione del risonatore a doppio microanello
I fotodetector tradizionali presentano spesso contraddizioni inconciliabili tra larghezza di banda e reattività. Il team di ricerca ha attenuato con successo questa contraddizione utilizzando un risonatore a doppio microanello e sopprimendo efficacemente la diafonia tra i canali. I risultati sperimentali mostrano chefotodiodo interamente in silicioOffre una risposta in frequenza di 0,4 A/W, una corrente di buio di appena 1 nA, un'elevata larghezza di banda di 40 GHz e una diafonia elettrica estremamente bassa, inferiore a -50 dB. Queste prestazioni sono paragonabili a quelle degli attuali fotodetector commerciali basati su materiali al silicio-germanio e III-V.
Guardando al futuro: il percorso verso l'innovazione nelle reti ottiche
Il successo dello sviluppo del fotodiodo interamente in silicio non solo ha superato la soluzione tecnologicamente più avanzata, ma ha anche permesso di ottenere un risparmio sui costi di circa il 40%, aprendo la strada alla realizzazione di reti ottiche ad alta velocità e basso costo in futuro. La tecnologia è pienamente compatibile con i processi CMOS esistenti, offre una resa e una resa estremamente elevate e si prevede che diventerà un componente standard nel campo della fotonica al silicio in futuro. In futuro, il team di ricerca prevede di continuare a ottimizzare il progetto per migliorare ulteriormente il tasso di assorbimento e le prestazioni di banda del fotodiodo riducendo le concentrazioni di drogaggio e migliorando le condizioni di impianto. Allo stesso tempo, la ricerca esplorerà anche come questa tecnologia interamente in silicio possa essere applicata alle reti ottiche nei cluster di intelligenza artificiale di prossima generazione per ottenere maggiore larghezza di banda, scalabilità ed efficienza energetica.
Data di pubblicazione: 31-03-2025