혁신적인 실리콘 광검출기(Si 광검출기)

혁명가실리콘 광검출기(실리콘 광검출기)

혁신적인 올실리콘 광검출기실리콘 광검출기) 전통적인 수준을 뛰어넘는 성능

인공지능 모델과 심층 신경망의 복잡성이 증가함에 따라 컴퓨팅 클러스터는 프로세서, 메모리 및 컴퓨팅 노드 간의 네트워크 통신에 대한 요구 사항이 높아지고 있습니다. 그러나 기존의 전기 연결 기반 온칩 및 칩 간 네트워크는 대역폭, 지연 시간 및 전력 소비에 대한 증가하는 요구 사항을 충족하지 못하고 있습니다. 이러한 병목 현상을 해결하기 위해 장거리 전송, 빠른 속도, 높은 에너지 효율 등의 장점을 가진 광 상호 연결 기술이 미래 발전의 희망으로 떠오르고 있습니다. 그중에서도 CMOS 공정 기반 실리콘 포토닉 기술은 높은 집적도, 저비용 및 정밀한 공정 처리 능력으로 인해 큰 잠재력을 보여주고 있습니다. 하지만 고성능 광검출기 구현에는 여전히 많은 과제가 남아 있습니다. 일반적으로 광검출기는 검출 성능 향상을 위해 게르마늄(Ge)과 같이 밴드갭이 좁은 재료를 통합해야 하지만, 이는 제조 공정의 복잡성 증가, 비용 상승 및 수율 불안정으로 이어집니다. 연구팀이 개발한 올 실리콘 광검출기는 혁신적인 이중 마이크로링 공진기 설계를 통해 게르마늄을 사용하지 않고 채널당 160Gb/s의 데이터 전송 속도와 1.28Tb/s의 총 전송 대역폭을 달성했습니다.

최근 미국의 한 공동 연구팀이 혁신적인 연구 결과를 발표했는데, 그 연구에서는 모든 구성 요소가 실리콘으로 이루어진 애벌랜치 광다이오드를 성공적으로 개발했다고 밝혔습니다.APD 광검출기이 칩은 초고속 저비용 광전 인터페이스 기능을 갖추고 있어 향후 광 네트워크에서 초당 3.2Tb 이상의 데이터 전송 속도를 달성할 것으로 기대됩니다.

기술적 혁신: 이중 마이크로링 공진기 설계

기존의 광검출기는 대역폭과 응답성 사이에 해결할 수 없는 모순이 있는 경우가 많습니다. 본 연구팀은 이중 마이크로링 공진기 설계를 사용하여 이러한 모순을 성공적으로 해결하고 채널 간 간섭을 효과적으로 억제했습니다. 실험 결과는 다음과 같습니다.올실리콘 광검출기이 소자는 0.4 A/W의 응답 특성, 1 nA에 불과한 낮은 암전류, 40 GHz의 높은 대역폭, 그리고 -50 dB 미만의 극히 낮은 전기적 누화 특성을 지닙니다. 이러한 성능은 실리콘-게르마늄 및 III-V 소재 기반의 현재 상용 광검출기와 유사한 수준입니다.

미래를 향하여: 광 네트워크 혁신의 길

완전 실리콘 광검출기 개발에 성공한 것은 기존 기술 수준을 뛰어넘었을 뿐만 아니라 비용을 약 40% 절감하는 성과를 거두어 향후 고속 저비용 광 네트워크 구현의 길을 열었습니다. 이 기술은 기존 CMOS 공정과 완벽하게 호환되며, 매우 높은 수율과 안정성을 자랑하여 향후 실리콘 포토닉스 기술 분야의 표준 부품으로 자리 잡을 것으로 기대됩니다. 연구팀은 향후 도핑 농도를 낮추고 이온 주입 조건을 개선하여 광검출기의 흡수율과 대역폭 성능을 더욱 향상시키는 방향으로 설계 최적화를 지속할 계획입니다. 또한, 이 완전 실리콘 기술을 차세대 AI 클러스터의 광 네트워크에 적용하여 더 높은 대역폭, 확장성 및 에너지 효율을 달성하는 방안을 모색할 예정입니다.