Наноразмерный фотодетектор с пропускной способностью до 40 Гбит/с

Исследователи из технологического института Карлсруэ разработали инновационный фотодетектор для оптических каналов данных, задающий новый уровень рабочих параметров. При монтажной площади менее 100 кв. мкм фотодетектор имеет впечатляющую пропускную способность.

Новый компонент позволит значительно улучшить рабочие характеристики оптоволоконных систем связи. В своих экспериментах исследователи достигли пропускной способности в 40 Гбит/с, чего достаточно, например, для передачи всего содержимого DVD-диска за доли секунды.

По мнению исследователей, новая разработка имеет потенциал для дальнейшего роста пропускной способности. Детектор внутренней плазмонной фотоэмиссии (PIPED) является на сегодняшний день наименьшим компонентом, достигшим подобной скорости работы. Фотодетектор в 100 раз компактнее традиционных аналогов.

Преимуществом экстремально малых размеров фотодетектора является возможность его интеграции совместно с цепью нисходящей предварительной обработки данных в рамках одного CMOS-чипа. Внедрение инновационных плазмонных компонентов для высокоскоростного обмена данными между интегральными схемами в компьютерах открывает возможность объединения преимуществ электронных и оптических схем.

Для объединения оптики и электроники в рамках сверхминиатюрных объёмов в фотодетекторе используются поверхностные плазмонные поляритоны – высококонцентрированные электромагнитные волны на границе металлодиэлектрических поверхностей. Новый класс плазмонных преобразователей основан на прямом преобразовании сигнала на металлических поверхностях при оптических длинах волн. Этот процесс известен как фотоэлектрическая эмиссия.

Для эффективного управления поглощением света и преобразованием его в электрические сигналы исследователи генерировали носители заряда в титаново-кремниевом переходе с рекомбинацией в другой переход – золото-кремниевый. Высокая скорость детектора достигается благодаря особой геометрии – между двумя метал-кремниевыми переходами имеется зазор менее 100 нм.