Révolutionnairephotodétecteur au silicium（Photodétecteur Si）
Photodétecteur révolutionnaire entièrement en silicium（Photodétecteur Si）, des performances au-delà du traditionnel
Avec la complexité croissante des modèles d'intelligence artificielle et des réseaux neuronaux profonds, les clusters de calcul imposent des exigences accrues en matière de communication réseau entre les processeurs, la mémoire et les nœuds de calcul. Cependant, les réseaux traditionnels, sur puce et inter-puces, basés sur des connexions électriques, se sont avérés incapables de répondre à la demande croissante en bande passante, en latence et en consommation d'énergie. Afin de résoudre ce goulot d'étranglement, les technologies d'interconnexion optique, avec leurs avantages en termes de longue distance de transmission, de vitesse et d'efficacité énergétique, représentent progressivement un espoir de développement futur. Parmi elles, la technologie photonique sur silicium basée sur le procédé CMOS présente un fort potentiel grâce à sa haute intégration, son faible coût et sa précision de traitement. Cependant, la réalisation de photodétecteurs hautes performances reste confrontée à de nombreux défis. Généralement, les photodétecteurs doivent intégrer des matériaux à bande interdite étroite, comme le germanium (Ge), pour améliorer les performances de détection, ce qui entraîne également des processus de fabrication plus complexes, des coûts plus élevés et des rendements irréguliers. Le photodétecteur entièrement en silicium développé par l'équipe de recherche a atteint une vitesse de transmission de données de 160 Gb/s par canal sans utilisation de germanium, avec une bande passante de transmission totale de 1,28 Tb/s, grâce à une conception innovante de résonateur à double micro-anneau.
Récemment, une équipe de recherche conjointe aux États-Unis a publié une étude innovante, annonçant qu'elle avait développé avec succès une photodiode à avalanche entièrement en silicium (Photodétecteur APD) puce. Cette puce dispose d'une fonction d'interface photoélectrique ultra-rapide et à faible coût, qui devrait atteindre plus de 3,2 To par seconde de transfert de données dans les futurs réseaux optiques.
Percée technique : conception d'un résonateur à double micro-anneau
Les photodétecteurs traditionnels présentent souvent des contradictions irréconciliables entre bande passante et réactivité. L'équipe de recherche a réussi à résoudre cette contradiction en utilisant un résonateur à double micro-anneau et en supprimant efficacement la diaphonie entre les canaux. Les résultats expérimentaux montrent quephotodétecteur tout siliciumIl présente une réponse de 0,4 A/W, un courant d'obscurité de seulement 1 nA, une bande passante élevée de 40 GHz et une diaphonie extrêmement faible, inférieure à −50 dB. Ces performances sont comparables à celles des photodétecteurs commerciaux actuels à base de silicium-germanium et de matériaux III-V.
Regard vers l'avenir : la voie de l'innovation dans les réseaux optiques
Le développement réussi du photodétecteur tout silicium a non seulement surpassé la solution technologique traditionnelle, mais a également permis de réaliser des économies d'environ 40 %, ouvrant la voie à la réalisation future de réseaux optiques haut débit et à faible coût. Entièrement compatible avec les procédés CMOS existants, cette technologie offre un rendement et une performance extrêmement élevés et devrait devenir un composant standard dans le domaine de la photonique sur silicium. À l'avenir, l'équipe de recherche prévoit de continuer à optimiser la conception afin d'améliorer encore le taux d'absorption et la bande passante du photodétecteur en réduisant les concentrations de dopage et en améliorant les conditions d'implantation. Parallèlement, la recherche explorera également comment cette technologie tout silicium peut être appliquée aux réseaux optiques des clusters d'IA de nouvelle génération afin d'obtenir une bande passante, une évolutivité et une efficacité énergétique supérieures.
Date de publication : 31 mars 2025