中大设计新高速光通讯光电探测器 以应对大数据时代的庞大信息流量需求

02.06.2019  19:52


步入大数据时代,在数据流量呈现爆发式增长的背景下,能实现更高速率传输的光通讯技术备受关注。香港中文大学(中大)电子工程学系博士生高运女士,在许正德教授的指导下,最近发表了一篇名为「高速范德华异质结构氮化矽波导型集成光电探测器」的论文,获刊载于 Optica 期刊。该论文的作者还包括同一学系的曾汉奇教授和周国栋先生,他们设计并制造了一系列新型集成波导光电探测器,为数据中心互连与超级计算机的应用带来重大的突破。

传统电互连技术的热耗一直是CMOS(互补金属氧化物半导体)集成电路时脉频率的一个瓶颈,光互连被认为是取代电互连以提升计算能力的一种互连方式。光电探测器是光通信系统之接收器的部件,用于将光信号转换回电信号以作进一步处理。基于石墨烯的光电探测器,已被证实具有超高响应速度和宽频操作的特性。然而,由于石墨烯内没有电带隙,光电探测器通常在直流偏压下产生很大的暗电流。暗电流是指在没有照明的情况下有过量电流漏出,在光接收器电路中产生有害的杂讯。

为尽量减少石墨烯光电探测器的暗电流,研究团队展示了集成在氮化矽(Si 3 N 4 )波导上的范德华异质结构隧道光电二极管。在电信波长的实验中,已经实现了高开/关电流比(超过10,000),响应度为0.24 A/W和大频宽(56 GHz)。与以前的石墨烯光电探测器比较,开/关电流比有三个数量级的改进。Si 3 N 4 比矽更适用于与CMOS兼容的后端处理。Si 3 N 4 较低的相对介电常数也有利于更小的部件电容,使Si 3 N 4 成为更好的高速部件材料。这项目为数据中心互连和超级计算机的高带宽和高灵敏度集成光电探测器提供了可行的途径。

此外,高运女士凭著其基于石墨烯高速波导光电探测器的相关研究,于本年3月在加利福尼亚州圣地亚哥举行的光纤通信会议和展览会(OFC)上获颁著名的「OSA / Corning女性光通信奖学金」。