¿Se reemplazarán los diodos en futuros dispositivos de comunicación?

1, Revolución material: remodelando el límite de rendimiento de los semiconductores de banda ancha ancha
Los diodos tradicionales a base de silicio están limitados por las propiedades del material y exhiben una degradación significativa del rendimiento en escenarios de alta frecuencia, alta temperatura y alta potencia. 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.
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. En el circuito PFC del módulo óptico 400G, los diodos SIC pueden reducir las pérdidas de conmutación en un 60% y admitir una operación de alta temperatura en 175 grados, cumpliendo con los requisitos de disipación de calor de los centros de datos implementados densamente. 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 proyecta 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 la comunicación óptica de alta 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 1N, mejorando significativamente la relación señal / ruido.
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 de los avances tecnológicos.
Tecnología de Silicon Photon: Fusión optoelectrónica con el proceso CMOS
Silicon Photonics Technology logra la integración de un solo chip 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 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 TIA a través de la unión de micro golpe, reduciendo la capacitancia parasitaria a inferior a 0.1pf y admitiendo la transmisión de la señal de 56 Gbaud Pam4 con una tasa de error de un poco 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 las redes totalmente ópticas, las matrices de fotodiodos pueden monitorear los parámetros en tiempo real, 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, amenaza alternativa: el desafío de la tecnología cuántica y los nuevos dispositivos
Aunque los diodos ocupan una posición central en la comunicación óptica, las tecnologías emergentes como la comunicación cuántica y la detección de fotones individuales aún representan posibles amenazas para ellos.
Fotodiodo de punto cuántico: capacidad de detección de nivel de fotón único
Los fotodiodos de puntos cuánticos pueden lograr la detección de nivel de fotón único regulando el tamaño de los puntos cuánticos, proporcionando soporte de dispositivo central para la comunicación cuántica óptica. Por ejemplo, un detector de puntos cuánticos desarrollado por una determinada empresa tiene una tasa de recuento oscuro de menos de 100Hz a una longitud de onda de 1550 nm y una eficiencia de detección del 90%. Se ha aplicado en sistemas de distribución de clave cuántica (QKD).
Detector de grafeno: velocidad de respuesta a nivel de terahercios
Los detectores de grafeno, con sus características de banda de banda cero, tienen una velocidad de respuesta teórica de hasta 1thz, superando con creces los materiales semiconductores tradicionales. Por ejemplo, un fotodetector de grafeno desarrollado por una determinada empresa tiene una capacidad de respuesta de 0.5a/W en el rango de frecuencia de 0.3-1.5 THz, proporcionando un dispositivo clave para la comunicación de Terahertz.
https://www.trrsemicon.com/transistor/p-channel-mosfet-bss84.html