Искусственный интеллект и большие языковые модели быстро увеличивают трафик данных между процессорами, памятью и сетевым оборудованием. Кремниевая фотоника может передавать информацию с помощью света, но ее германиевые фотодетекторы должны обеспечивать баланс между пропускной способностью, эффективностью преобразования оптического сигнала в электрический, низким темновым током и совместимостью с крупномасштабным производством КМОП-микросхем.
Ученые из Фуданьского университета и Национальной лаборатории Чжанцзян разработали германиевый фотодетектор на 300-миллиметровой кремниевой фотонной платформе КМОП, который отвечает этим противоречивым требованиям. Устройство обеспечивает соотношение пропускной способности и эффективности в 104,8 ГГц, сочетая полосу пропускания 3 дБ в 110 ГГц с пиковой квантовой эффективностью 95,3 %. Он также достиг чувствительности 1,01 А / Вт при длине волны 1310 нм при сохранении темновых токов ниже 10 нА.
В Ge PD используется полувстроенная германиевая структура для усиления электрического поля, сокращения расстояния прохождения носителей заряда и уменьшения емкости перехода. Профиль легирования с тройным градиентом снижает контактное сопротивление, сохраняя при этом обедненную область, восьмиугольные контактные площадки подавляют паразитную емкость, а боковой p-i-n-переход ограничивает потери на поглощение металла. В совокупности эти характеристики повышают скорость работы без ущерба для чувствительности.
Измерения на уровне пластины показали стабильную производительность: в большинстве из 67 исследованных решеток темновой ток составлял 5-8 нА при напряжении -2 В, в отдельных участках чувствительность превышала 0,97 А/Вт, а в девяти кристаллах была достигнута полоса пропускания 110 ГГц при напряжении -3 В. При тестировании больших сигналов исследователи получили диаграммы с четко различимыми пиками при скорости 320 Гбит/с с PAM-4 и 413 Гбит/с с PAM-6. Фильтрация в реальном времени и коррекция с прямой связью использовались только для компенсации потерь в измерительном канале.
Подробнее: https://russianelectronics.ru/sozdan-germanievyj-fotodetektor-dlya-opticheskih-kanalov-svyazi-so-skorostyu-400-gbit