Kigunduzi cha picha cha silicon cha mapinduzi (Si photodetector)

Mapinduzikigunduzi cha picha cha silikoni（Kigunduzi cha picha cha Si）

Kigunduzi cha picha cha siliconi chenye mapinduzi (mapinduzi yote)（Kigunduzi cha picha）, utendaji zaidi ya ule wa jadi

Kwa kuongezeka kwa ugumu wa mifumo ya akili bandia na mitandao ya neva ya kina, makundi ya kompyuta yanaweka mahitaji makubwa kwenye mawasiliano ya mtandao kati ya vichakataji, kumbukumbu na nodi za kompyuta. Hata hivyo, mitandao ya jadi ya on-chip na inter-chip kulingana na miunganisho ya umeme imeshindwa kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya kipimo data, ucheleweshaji na matumizi ya nguvu. Ili kutatua kikwazo hiki, teknolojia ya muunganisho wa macho pamoja na umbali wake mrefu wa upitishaji, kasi ya haraka, faida za ufanisi mkubwa wa nishati, polepole huwa tumaini la maendeleo ya baadaye. Miongoni mwao, teknolojia ya fotoniki ya silicon kulingana na mchakato wa CMOS inaonyesha uwezo mkubwa kutokana na muunganisho wake wa juu, gharama ya chini na usahihi wa usindikaji. Hata hivyo, utambuzi wa vitambua picha vya utendaji wa juu bado unakabiliwa na changamoto nyingi. Kwa kawaida, vitambua picha vinahitaji kuunganisha vifaa vyenye pengo nyembamba la bendi, kama vile germanium (Ge), ili kuboresha utendaji wa kugundua, lakini hii pia husababisha michakato ngumu zaidi ya utengenezaji, gharama kubwa, na mavuno yasiyotabirika. Kigunduzi cha picha chenye siliconi zote kilichotengenezwa na timu ya utafiti kilipata kasi ya upitishaji data ya 160 Gb/s kwa kila chaneli bila kutumia germanium, ikiwa na kipimo data cha jumla cha 1.28 Tb/s, kupitia muundo bunifu wa resonator ya mikrofoni mbili.

Hivi majuzi, timu ya pamoja ya utafiti nchini Marekani imechapisha utafiti bunifu, ikitangaza kwamba wamefanikiwa kutengeneza photodiode ya siliconi yote (Kigunduzi cha picha cha APDChipu. Chipu hii ina kiolesura cha picha cha kasi ya juu sana na cha gharama nafuu, ambacho kinatarajiwa kufikia zaidi ya tani 3.2 za ujazo wa data kwa sekunde katika mitandao ya macho ya siku zijazo.

Mafanikio ya kiufundi: muundo wa resonator ya microring mbili

Vigunduzi vya picha vya kitamaduni mara nyingi huwa na utata usiopatanishwa kati ya kipimo data na mwitikio. Timu ya utafiti ilifanikiwa kupunguza utata huu kwa kutumia muundo wa resonator wa microring mbili na kukandamiza kwa ufanisi mazungumzo kati ya njia. Matokeo ya majaribio yanaonyesha kuwakigunduzi cha picha cha siliconi yoteina mwitikio wa A wa 0.4 A/W, mkondo mweusi wa chini kama 1 nA, kipimo data cha juu cha 40 GHz, na mtambukaji wa umeme wa chini sana wa chini ya −50 dB. Utendaji huu unalinganishwa na vigunduzi vya sasa vya foto vya kibiashara kulingana na nyenzo za silicon-germanium na III-V.

Kuangalia wakati ujao: Njia ya uvumbuzi katika mitandao ya macho

Maendeleo yaliyofanikiwa ya kigunduzi cha picha cha siliconi zote hayakuzidi tu suluhisho la kitamaduni katika teknolojia, lakini pia yalifanikisha akiba ya takriban 40% ya gharama, na hivyo kufungua njia ya utambuzi wa mitandao ya macho ya kasi ya juu na ya gharama nafuu katika siku zijazo. Teknolojia hii inaendana kikamilifu na michakato iliyopo ya CMOS, ina mavuno na mavuno mengi sana, na inatarajiwa kuwa sehemu ya kawaida katika uwanja wa teknolojia ya fotoniki za siliconi katika siku zijazo. Katika siku zijazo, timu ya utafiti inapanga kuendelea kuboresha muundo ili kuboresha zaidi kiwango cha unyonyaji na utendaji wa kipimo data cha kigunduzi cha foto kwa kupunguza viwango vya doping na kuboresha hali ya upandikizaji. Wakati huo huo, utafiti pia utachunguza jinsi teknolojia hii ya siliconi zote inavyoweza kutumika kwa mitandao ya macho katika makundi ya AI ya kizazi kijacho ili kufikia kipimo data cha juu, uwezo wa kupanuka na ufanisi wa nishati.