崩瀉式光偵測器反應速度再締新猷
- 上線日期：2010/3/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
IBM科學家利用奈米工程技術製作出全球最快速崩瀉式光偵測器(Avalanche potodetector, APD)，此元件可應用於電信網路，是光通訊領域中的一項重大進展。這種由鍺(germanium)製成的光偵測器能與目前的矽晶製造技術相容，因此可望應用到次世代的高性能電腦系統中。
目前電腦晶片是透過數百萬條微小銅線訊傳輸訊號，隨著資料量與日具增，科學家希望以耗能較少的光脈衝取代電訊號，這種架構需要快速的光-電訊號轉換能力，然而以現行技術製作的轉換器通常有速度慢、雜訊多以及與矽晶製程不相容的問題。
解決方法之一為崩瀉式光偵測器，它能將微弱光訊號轉換成可靠的電訊號。當光照射此元件中的半導體時，會激發出少量帶電載子，載子經電場加速後會碰撞游離出其他載子，如此像滾雪球般製造出大量載子，相當於將光訊號放大。但此過程受到離與時間的影響，產生的載子數量並不穩定，這種放大雜訊(amplification noise)會降低光偵測器的性能。
雖然有上述困擾，由於鍺能夠偵測光通訊使用的紅外波段，因此被廣泛運用在光偵測器中。最近，IBM 華生研究中心的Solomon Assefa等人想出一個可以移除鍺基光偵測器雜訊的新方法。他們的設計仰賴在短距離內控制電場與光場的能力，因此裝配有矽與鍺的波導，用來集中入射光。感光用的鍺厚僅30 nm，施加1~2 V的偏壓就能提供強電場，因此能在更近距離內更快產生崩瀉效應，降低50–70%的雜訊。
此元件的光訊號轉換速度高達40 Gbps，是傳統最好的4倍。又因元件尺寸變小，外加偏壓只須1.5 V，而非傳統的25 V。IBM表示，這個發明讓晶片上的光連結(on-chip optical interconnections)更容易實現，也使發展高效能電腦系統將不再遙不可及。
IBM團隊希望能降低元件的暗電流，並提升響應度(responsivity)。Assefa表示，他們希望能在維持超低功率與超快反應的條件下，繼續提昇訊號的放大能力，也將進一步將元件整合到電晶體旁的微處理器上。詳見Nature 464, p.80 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41907
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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