¿Cómo evolucionarán los diodos en los sistemas de comunicación óptica?

1, Revolución material: remodelando el límite de rendimiento de los semiconductores de banda ancha ancha
Los diodos basados ​​en el silicio tradicional - están limitados por las propiedades del material y experimentan una degradación significativa del rendimiento a alta velocidad -, temperatura alta - y escenarios de potencia {}}} altos. Los materiales de semiconductores de banda ancha representados por el carburo de silicio (SIC) y el nitruro de galio (GaN) se están convirtiendo en una dirección clave para mejorar los diodos de comunicación óptica.
Diodo SIC: equilibrio perfecto entre alta frecuencia y voltaje de soporte
Los diodos de barrera SIC Schottky (SBDS) se destacan en la gestión de energía del módulo óptico debido a su carga de recuperación inversa extremadamente baja (QC) y estabilidad de alta temperatura. Por ejemplo, en el circuito PFC (Corrección del factor de potencia) de un módulo óptico de 400 g, los diodos SIC pueden reducir las pérdidas de conmutación en un 60% y admitir una operación de temperatura - en 175 grados, cumpliendo con los requisitos de disipación de calor de los centros de datos desplegados densamente. Según la investigación de mercado, se espera que el mercado global de diodos SIC alcance los $ 458 millones en 2023, y el sector de la comunicación óptica representa más del 30%. Se espera que supere los $ 2.3 mil millones para 2030.
Diodo GaN: una herramienta potente para el procesamiento de señal de alta velocidad ultra alta
La alta movilidad de electrones del material GaN lo convierte en una opción ideal para una alta comunicación óptica de frecuencia -}. En los sistemas de transmisión óptica coherentes, los fotodetectores basados ​​en GaN pueden aumentar el ancho de banda a más de 100 GHz y admitir una sola onda 800 g o incluso transmisión de 1.6T. Por ejemplo, un GaN en el fotodiodo de Si desarrollado por una determinada empresa tiene una respuesta de 0.8a/W a una longitud de onda de 1550 nm, que es 40% más alta que los materiales de Ingaas tradicionales. Al mismo tiempo, la corriente oscura se reduce a inferior a 1NA, mejorando significativamente la relación de ruido de la señal - a -.
2, Innovación estructural: desde dispositivos discretos hasta integración optoelectrónica
Con la evolución de los sistemas de comunicación óptica hacia la miniaturización y el bajo consumo de energía, la integración de diodos y dispositivos fotónicos se ha convertido en la clave para los avances tecnológicos.
Tecnología de Silicon Photon: Fusión optoelectrónica con el proceso CMOS
Silicon Photonics Technology logra una sola - integración de chips de dispositivos fotónicos y circuitos electrónicos a través de la tecnología CMOS, cambiando por completo la arquitectura discreta de los módulos ópticos tradicionales. Por ejemplo, un módulo óptico de silicio de 400 g liberado por una determinada empresa integra láseres, fotodetectores, moduladores y circuitos de controlador en un chip de 4 mm × 8 mm, reduciendo el consumo de energía en un 40% y cuesta en un 30% en comparación con las soluciones tradicionales. Entre ellos, el fotodetector adopta una estructura de diodo PIN y logra una alta capacidad de respuesta de 0.9A/W a una longitud de onda de 1310 nm al optimizar la concentración de dopaje y el espesor de la capa de absorción.
Tecnología de envasado 3D Co: Desglosar las barreras de embalaje
En el módulo óptico 800G/1.6T, 3D CO Packaging Technology (CPO) apila diodos verticalmente con el motor óptico y el chip DSP, y logra la interconexión eléctrica a través del silicio a través de agujeros (TSV). Por ejemplo, un módulo óptico CPO desarrollado por una determinada empresa combina una matriz de fotodetector con un chip de TIA (amplificador de transimpedancia) a través de la unión de micro golpe, reduciendo la capacidad parasitaria a menos de 0.1pf y admitiendo 56GBaud Pam4 Transmisión de la señal con una tasa de error de bit mejor que 10 ⁻¹⁵.
3, Expansión de la función: desde la detección de señales hasta la percepción inteligente
El papel de los diodos en la comunicación óptica está evolucionando de la detección de señales pasivas a la percepción inteligente activa.
Matriz de fotodiodos: logrando monitoreo de señal óptica multidimensional
En todas las redes ópticas -, las matrices de fotodiodos pueden monitorear los parámetros de tiempo - reales, como la potencia óptica, la longitud de onda y el estado de polarización de los enlaces de fibra óptica. Por ejemplo, un módulo de monitoreo óptico integrado (ISM) lanzado por una determinada empresa utiliza una matriz de fotodiodos INGAAS de 8 canales, combinado con algoritmos de IA, para localizar con precisión fallas, como flexión de fibra y tierra del conector, mejorando la operación de red y la eficiencia de mantenimiento en el 80%.
Photodetector sintonizable: admite la gestión de longitud de onda dinámica
En el sistema de transmisión extendida de la banda C+L, los fotodetectores sintonizables logran una cobertura dinámica en el rango de longitud de onda de 1260-1620 nm ajustando el grosor o el índice de refracción de la capa de absorción. Por ejemplo, un detector sintonizable basado en la tecnología MEMS desarrollada por una determinada empresa tiene una velocidad de ajuste de longitud de onda de 100 nm/ms, admite una conmutación perfecta de sistemas 400 g en la banda C+L y aumenta la capacidad de fibra única en un 50%.
4, Colaboración de la cadena industrial: evolución de dispositivos a ecología
La evolución de los diodos no puede separarse de la innovación colaborativa de las cadenas industriales aguas arriba y aguas abajo.
Proveedor de material: rompiendo el cuello de botella de grandes sustratos de tamaño -
La actualización de sustratos SIC de 4 pulgadas a 8 pulgadas puede aumentar la salida de obleas individuales en 4 veces y reducir los costos en un 60%. Una determinada empresa ha logrado la producción en masa de sustratos SIC de 8 - pulgadas de pulgadas con una tasa de rendimiento superior al 90%, lo que establece las bases para la aplicación a gran escala de diodos de comunicación óptica.
Fabricantes de equipos: promoviendo la mejora del ecosistema de fotónica de silicio
La precisión de equipos clave, como máquinas de litografía y máquinas de grabado, se ha mejorado hasta el nivel sub nanométrico, lo que respalda la reducción del tamaño de la característica de los chips ópticos de silicio a menos de 90 nm. Por ejemplo, una compañía ha lanzado una máquina de litografía EUV Silicon Photon que puede controlar el ancho de línea de los dispositivos de fotones dentro de los 30 nm, lo que permite que la velocidad de respuesta de los fotodetectores supere los 200 GHz.
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