Byltingarkenndur kísill ljósnemi (Si ljósnemi)

Byltingarkenndkísill ljósnemi(Si ljósnemi)

Byltingarkenndur ljósnemi úr kísilSi ljósnemi）, frammistaða umfram hefðbundna

Með vaxandi flækjustigi gervigreindarlíkana og djúpra taugakerfa gera tölvuklasar meiri kröfur um netsamskipti milli örgjörva, minnis og tölvuhnúta. Hins vegar hafa hefðbundin net á örgjörvum og milli örgjörva sem byggjast á rafmagnstengingum ekki getað mætt vaxandi eftirspurn eftir bandbreidd, seinkun og orkunotkun. Til að leysa þennan flöskuháls hefur ljósleiðaratækni, með langri sendingarfjarlægð, miklum hraða og mikilli orkunýtni, smám saman orðið von framtíðarþróunar. Meðal þeirra sýnir kísilljóstækni sem byggir á CMOS-ferli mikla möguleika vegna mikillar samþættingar, lágs kostnaðar og nákvæmni í vinnslu. Hins vegar stendur framkvæmd afkastamikilla ljósnema enn frammi fyrir mörgum áskorunum. Venjulega þurfa ljósnemar að samþætta efni með þröngt bandbil, svo sem germaníum (Ge), til að bæta greiningargetu, en þetta leiðir einnig til flóknari framleiðsluferla, hærri kostnaðar og óreglulegrar afkasta. Ljósneminn, sem rannsakendateymið þróaði, úr kísil náði gagnaflutningshraða upp á 160 Gb/s á rás án þess að nota germaníum, með heildarflutningsbandvídd upp á 1,28 Tb/s, með nýstárlegri hönnun með tveimur örhringjum.

Nýlega birti sameiginlegt rannsóknarteymi í Bandaríkjunum nýstárlega rannsókn þar sem tilkynnt var að þeim hefði tekist að þróa snjóflóðadíóðu sem er eingöngu úr sílikoni (APD ljósnemi) örgjörvi. Þessi örgjörvi hefur afar hraða og ódýra ljósvirka tengivirkni, sem búist er við að muni ná meira en 3,2 Tb á sekúndu gagnaflutningi í framtíðar ljósnetum.

Tæknileg bylting: hönnun á tvöföldum örhringlaga ómholum

Hefðbundnir ljósnemar hafa oft óleysanlega mótsögn milli bandvíddar og svörunar. Rannsóknarhópnum tókst að draga úr þessari mótsögn með því að nota tvöfaldan örhringlaga ómsveifluhönnun og bæla á áhrifaríkan hátt krossrök milli rása. Tilraunaniðurstöður sýna aðljósnemi úr kísilhefur svörun upp á 0,4 A/W, dimma straum allt niður í 1 nA, mikla bandvídd upp á 40 GHz og afar lágan rafmagnskross undir −50 dB. Þessi afköst eru sambærileg við núverandi ljósnema sem byggja á kísill-germaníum og III-V efnum.

Horft til framtíðar: Leiðin að nýsköpun í ljósnetum

Þróun ljósnemans, sem er úr kísil, fór ekki aðeins fram úr hefðbundinni tæknilausn heldur sparaði einnig um 40% í kostnaði, sem ruddi brautina fyrir framtíðarþróun hraðvirkra og ódýrra ljósneta. Tæknin er að fullu samhæf við núverandi CMOS-ferli, hefur afar mikla afköst og er gert ráð fyrir að hún verði staðlaður hluti á sviði ljósfræðitækni kísil í framtíðinni. Í framtíðinni hyggst rannsóknarteymið halda áfram að fínstilla hönnunina til að bæta enn frekar frásogshraða og bandbreidd ljósnemans með því að draga úr lyfjaþéttni og bæta ígræðsluskilyrði. Á sama tíma mun rannsóknin einnig kanna hvernig hægt er að beita þessari tækni úr kísil á ljósnet í næstu kynslóð gervigreindarklasa til að ná meiri bandbreidd, stigstærð og orkunýtni.