Reinventando el fotodetector de avalancha de germanio para interconexiones ópticas nanofotónicas en chip

Área de la Ciencia:

• La optoelectrónica es la óptica electrónica.
• La nanofotónica es la nanofotónica.
• Dispositivos de semiconductores Dispositivos de semiconductores.

Sus antecedentes:

• La integración monolítica de circuitos de comunicación óptica con microprocesadores es clave para la computación de gran alcance.
• Los fotodetectores de germanio son cruciales para la detección de señales ópticas infrarrojas a nivel de chip.
• Los fotodetectores de avalancha de germanio (APD) existentes sufren de altos niveles de ruido y limitaciones de velocidad.

Objetivo del estudio:

• Para superar las limitaciones de ruido intrínsecas de los APD de germanio.
• Desarrollar fotodetectores de alta velocidad y bajo ruido para la integración monolítica.
• Para permitir interconexiones ópticas avanzadas en los sistemas informáticos.

Principales métodos:

• Utilizó la ingeniería nanofotónica y nanoelectrónica para dar forma a campos ópticos y eléctricos.
• Las capas de amplificación de germanio diseñadas con precisión a escala nanométrica.
• Se crean campos eléctricos fuertemente no uniformes para limitar la ionización por impacto.

Principales resultados:

• Se logró una reducción de más del 70% en el ruido de la amplificación.
• Se redujo la región de ionización de impacto a 30 nm.
• Velocidades operativas demostradas superiores a 30 GHz con ganancia de avalancha de más de 10 dB a un voltaje de sesgo bajo de 1,5 V.

Conclusiones:

• La ingeniería a nanoescala supera el ruido intrínseco en los APD de germanio.
• Los APD desarrollados ofrecen alta velocidad y bajo nivel de ruido para la integración monolítica.
• Las aplicaciones potenciales incluyen interconexiones ópticas, telecomunicaciones, distribución de claves cuánticas y transistores de potencia ultrabaja.