גלאי פוטו סיליקון מהפכני (גלאי פוטו סיליקון)

מַהְפֵּכָנִיגלאי פוטו סיליקוןגלאי פוטו סיליקון

גלאי פוטו מהפכני עשוי כולו מסיליקון (גלאי פוטו סיליציום）, ביצועים מעבר למסורתי

עם המורכבות הגוברת של מודלים של בינה מלאכותית ורשתות עצביות עמוקות, אשכולות מחשוב מציבים דרישות גבוהות יותר לתקשורת רשת בין מעבדים, זיכרון וצמתי מחשוב. עם זאת, רשתות מסורתיות על גבי שבב ובין שבבים המבוססות על חיבורים חשמליים לא הצליחו לעמוד בביקוש הגובר לרוחב פס, השהייה וצריכת חשמל. על מנת לפתור צוואר בקבוק זה, טכנולוגיית חיבור אופטי עם מרחק השידור הארוך שלה, המהירות הגבוהה שלה, יתרונות יעילות האנרגיה הגבוהה שלה, הופכת בהדרגה לתקווה לפיתוח עתידי. ביניהן, טכנולוגיית סיליקון פוטוניקה המבוססת על תהליך CMOS מציגה פוטנציאל גדול בשל האינטגרציה הגבוהה שלה, העלות הנמוכה ודיוק העיבוד שלה. עם זאת, מימוש גלאי פוטו בעלי ביצועים גבוהים עדיין עומד בפני אתגרים רבים. בדרך כלל, גלאי פוטו צריכים לשלב חומרים עם פער פס צר, כגון גרמניום (Ge), כדי לשפר את ביצועי הגילוי, אך זה מוביל גם לתהליכי ייצור מורכבים יותר, עלויות גבוהות יותר ותפוקות לא יציבות. גלאי הפוטואלקטרי העשוי כולו מסיליקון שפותח על ידי צוות המחקר השיג מהירות העברת נתונים של 160 ג'יגה-ביט לשנייה לערוץ ללא שימוש בגרמניום, עם רוחב פס שידור כולל של 1.28 טרה-ביט לשנייה, באמצעות עיצוב חדשני של מהוד כפול בעל טבעת מיקרו.

לאחרונה, צוות מחקר משותף בארצות הברית פרסם מחקר חדשני, והודיע ​​כי פיתחו בהצלחה פוטודיודה מפולת שלגים עשויה כולה מסיליקון (גלאי פוטו APDשבב ). לשבב זה פונקציית ממשק פוטואלקטרי במהירות גבוהה במיוחד ובעלות נמוכה, אשר צפויה להשיג העברת נתונים של יותר מ-3.2 טרה-בייט לשנייה ברשתות אופטיות עתידיות.

פריצת דרך טכנית: עיצוב מהוד כפול עם טבעות מיקרו

גלאי אור מסורתיים לעיתים קרובות מקיימים סתירות בלתי ניתנות לגישור בין רוחב פס לבין יכולת תגובה. צוות המחקר הצליח להקל על סתירה זו באמצעות עיצוב של מהוד בעל טבעת כפולה ודיכא ביעילות דיבור צולב בין ערוצים. תוצאות ניסוי מראות ש...גלאי פוטו מלא סיליקוןבעל תגובה של 0.4 A/W, זרם חושך נמוך עד 1 nA, רוחב פס גבוה של 40 GHz, ומעבר חשמלי נמוך במיוחד של פחות מ-50 dB. ביצועים אלה דומים לגלאי פוטו מסחריים נוכחיים המבוססים על סיליקון-גרמניום וחומרים III-V.

מבט לעתיד: הדרך לחדשנות ברשתות אופטיות

הפיתוח המוצלח של גלאי הפוטו-אלקטרוניקה העשוי כולו מסיליקון לא רק עלה על הפתרון המסורתי מבחינה טכנולוגית, אלא גם השיג חיסכון של כ-40% בעלויות, ובכך סלל את הדרך למימוש רשתות אופטיות במהירות גבוהה ובעלות נמוכה בעתיד. הטכנולוגיה תואמת במלואה לתהליכי CMOS קיימים, בעלת תפוקה ותפוקה גבוהים במיוחד, וצפויה להפוך לרכיב סטנדרטי בתחום טכנולוגיית הפוטוניקה של סיליקון בעתיד. בעתיד, צוות המחקר מתכנן להמשיך ולמטב את התכנון כדי לשפר עוד יותר את קצב הקליטה וביצועי רוחב הפס של גלאי הפוטו-אלקטרוניקה על ידי הפחתת ריכוזי הסימום ושיפור תנאי ההשתלה. במקביל, המחקר יבחן גם כיצד ניתן ליישם טכנולוגיית סיליקון זו ברשתות אופטיות באשכולות בינה מלאכותית מהדור הבא כדי להשיג רוחב פס, מדרגיות ויעילות אנרגטית גבוהים יותר.