Révolutionnairephotodétecteur au silicium(Photodétecteur au silicium)
Photodétecteur révolutionnaire entièrement en silicium (photodétecteur Si), des performances qui dépassent les performances traditionnelles
Face à la complexité croissante des modèles d'intelligence artificielle et des réseaux neuronaux profonds, les clusters de calcul exigent une communication réseau accrue entre les processeurs, la mémoire et les nœuds de calcul. Or, les réseaux traditionnels sur puce et inter-puces, basés sur des connexions électriques, ne parviennent plus à répondre à la demande croissante en bande passante, latence et consommation d'énergie. Pour pallier ce problème, la technologie d'interconnexion optique, grâce à sa longue portée, sa vitesse élevée et son efficacité énergétique importante, représente un espoir pour l'avenir. Parmi les technologies optiques, la photonique sur silicium basée sur le procédé CMOS présente un fort potentiel grâce à sa haute intégration, son faible coût et sa précision de fabrication. Cependant, la réalisation de photodétecteurs haute performance reste confrontée à de nombreux défis. Généralement, les photodétecteurs nécessitent l'intégration de matériaux à bande interdite étroite, tels que le germanium (Ge), pour améliorer leurs performances de détection, ce qui complexifie les procédés de fabrication, augmente les coûts et engendre 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 utiliser 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 novatrice, annonçant avoir développé avec succès une photodiode à avalanche entièrement en silicium (photodétecteur APDCette puce possède une interface photoélectrique ultra-rapide et économique, qui devrait permettre un transfert de données supérieur à 3,2 Tbit/s dans les futurs réseaux optiques.
Avancée technique : conception à double résonateur microring
Les photodétecteurs traditionnels présentent souvent des contradictions irréconciliables entre bande passante et réactivité. L'équipe de recherche a réussi à résoudre ce problème grâce à la conception d'un résonateur à double micro-anneau, supprimant ainsi efficacement la diaphonie entre les canaux. Les résultats expérimentaux montrent quephotodétecteur entièrement en siliciumCe photodétecteur présente une réponse de 0,4 A/W, un courant d'obscurité de seulement 1 nA, une large bande passante de 40 GHz et une diaphonie électrique 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.
Perspectives d'avenir : La voie de l'innovation dans les réseaux optiques
Le développement réussi du photodétecteur tout silicium a non seulement surpassé les solutions traditionnelles sur le plan technologique, mais a également permis de réaliser des économies d'environ 40 %, ouvrant la voie à la réalisation de réseaux optiques haut débit et économiques. Cette technologie est entièrement compatible avec les procédés CMOS existants, présente un rendement extrêmement élevé et devrait devenir un composant standard dans le domaine de la photonique sur silicium. L'équipe de recherche prévoit d'optimiser davantage la conception afin d'améliorer le taux d'absorption et la bande passante du photodétecteur en réduisant les concentrations de dopage et en améliorant les conditions d'implantation. Parallèlement, les recherches exploreront 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 accrues.
Date de publication : 31 mars 2025