هل سيتم استبدال الثنائيات في أجهزة الاتصال المستقبلية؟

1 ، ثورة مادية: إعادة تشكيل حدود أداء أشباه الموصلات الواسعة النطاق
تقتصر السيليكون التقليدي - على خصائص المواد وتظهر تدهورًا كبيرًا في الأداء في التردد العالي - ، ودرجة حرارة عالية - ، ودرجات الحرارة العالية -. أصبحت مواد أشباه الموصلات واسعة النطاق التي يمثلها كربيد السيليكون (SIC) ونيتريد الغاليوم (GAN) اتجاهًا رئيسيًا لترقية ثنائيات الاتصال.
ديود كذا: توازن مثالي بين التردد العالي والجهد المقاوم
تتفوق SIC Schottky Barrier Diodes (SBDS) في إدارة طاقة الوحدة البصرية بسبب شحنة الاسترداد العكسية المنخفضة للغاية (QC) واستقرار درجة الحرارة العالية. في دائرة PFC للوحدة البصرية 400G ، يمكن أن تقلل الثنائيات SIC من خسائر التبديل بنسبة 60 ٪ ودعم تشغيل درجة الحرارة العالية- في 175 درجة ، مما يفي بمتطلبات تبديد الحرارة لمراكز البيانات المنشورة بكثافة. من المتوقع أن يصل سوق الصمام الثنائي العالمي لـ SIC إلى 458 مليون دولار في عام 2023 ، حيث يمثل قطاع الاتصالات البصرية أكثر من 30 ٪. من المتوقع أن تتجاوز 2.3 مليار دولار بحلول عام 2030.
GAN DIODE: أداة قوية لمعالجة إشارة عالية السرعة فائقة السرعة
إن تنقل الإلكترون العالي لمواد GAN يجعلها خيارًا مثاليًا للاتصال البصري العالي-. في أنظمة النقل البصرية المتماسكة ، يمكن أن تزيد أجهزة الكشف الضوئية المستندة إلى GAN من عرض النطاق الترددي إلى أكثر من 100 جيجا هرتز ودعم نقل الموجة الفردية 800G أو حتى 1.6T. على سبيل المثال ، يتمتع GAN on Si PhotoDiode الذي تم تطويره بواسطة مؤسسة معينة استجابة 0.8a/W عند طول موجة قدره 1550 نيوتن متر ، وهو أعلى بنسبة 40 ٪ من مواد Ingaas التقليدية. في الوقت نفسه ، يتم تقليل التيار المظلم إلى أقل من 1NA ، مما يحسن بشكل كبير الإشارة - إلى نسبة الضوضاء-.
2 ، الابتكار الهيكلي: من الأجهزة المنفصلة إلى التكامل الإلكتروني
مع تطور أنظمة الاتصال البصرية نحو التصغير واستهلاك الطاقة المنخفضة ، أصبح دمج الثنائيات والأجهزة الضوئية هو المفتاح للاختراق التكنولوجي.
تكنولوجيا الفوتون السيليكون: تمكين الاندماج الإلكتروني
تحقق تقنية السيليكون الضوئية تكامل رقاقة واحد - من الأجهزة الضوئية والدوائر الإلكترونية من خلال تقنية CMOS ، مما يغير تمامًا البنية المنفصلة للوحدات البصرية التقليدية. على سبيل المثال ، تدمج الوحدة البصرية السيليكونة 400G التي تصدرها مؤسسة معينة الليزر ، والكاشفات الضوئية ، والمحوّلات ، ودوائر السائقين على شريحة 4 مم × 8 مم ، مما يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 40 ٪ وتكلفة بنسبة 30 ٪ مقارنة بالحلول التقليدية. من بينها ، يتبنى الكشف الضوئي بنية الصمام الثنائي دبوس ، ويحقق استجابة عالية قدرها 0.9 أ/ث عند الطول الموجي 1310nm عن طريق تحسين تركيز المنشطات وسمك طبقة الامتصاص.
تقنية التغليف ثلاثية الأبعاد: تحطيم حواجز التغليف
في الوحدة النمطية البصرية 800g/1.6t ، تتراكم تقنية التغليف ثلاثية الأبعاد (CPO) رأسياً مع المحرك البصري وشريحة DSP ، ويحقق التوصيل الكهربائي عبر السيليكون عبر الثقوب (TSV). على سبيل المثال ، تجمع الوحدة البصرية CPO التي تم تطويرها بواسطة مؤسسة معينة بين صفيف الكاشف الضوئي مع رقاقة TIA من خلال الترابط الصغرى ، مما يقلل من السعة الطفيلية إلى أقل من 0.1pf ودعم ناقل حركة إشارة PAM4 56GBAUD مع معدل خطأ في البتات أفضل من 10 ⁻⁵.
3 ، توسع الوظيفة: من الكشف عن الإشارة إلى الإدراك الذكي
يتطور دور الثنائيات في التواصل البصري من اكتشاف الإشارات السلبية إلى الإدراك الذكي النشط.
صفيف الرموز الضوئية: تحقيق مراقبة الإشارة البصرية متعددة الأبعاد
في جميع الشبكات البصرية - ، يمكن لصفائف photodiode مراقبة معلمات الوقت - مثل الطاقة البصرية وطول الموجة وحالة الاستقطاب من روابط الألياف البصرية. على سبيل المثال ، تستخدم وحدة مراقبة بصرية متكاملة (ISM) التي أطلقتها مؤسسة معينة صفيفًا ضوئيًا من طراز Ingaas المكون من 8 قنوات ، إلى جانب خوارزميات AI ، لتحديد موقع الأخطاء بدقة مثل الانحناء الألياف والأوساخ الموصل ، وتحسين تشغيل الشبكة وكفاءة الصيانة بنسبة 80 ٪.
الكشف الضوئي القابل للضبط: يدعم إدارة الطول الموجي الديناميكي
في نظام النقل الممتد على نطاق C+L ، تحقق أجهزة الكشف الضوئية القابلة للضبط تغطية ديناميكية في نطاق الطول الموجي من 1260-1620nm عن طريق ضبط سماكة أو مؤشر الانكسار لطبقة الامتصاص. على سبيل المثال ، يحتوي الكاشف القابل للضبط الذي يعتمد على تقنية MEMS التي طورتها مؤسسة معينة ، على سرعة ضبط الطول الموجي البالغة 100 نانومتر/مللي ثانية ، ويدعم التبديل السلس لـ 400g أنظمة في النطاق C+L ، ويزيد من قدرة الألياف الواحدة بنسبة 50 ٪.
4 ، تهديد بديل: تحدي تقنية الكم والأجهزة الجديدة
على الرغم من أن الثنائيات تشغل وضعًا مركزيًا في التواصل البصري ، إلا أن التقنيات الناشئة مثل الاتصالات الكمومية والكشف عن الفوتون الفردي لا تزال تشكل تهديدات محتملة لهم.
كمية كمية ضوئية النقطة: قدرة الكشف عن مستوى الفوتون الفردي
يمكن أن تحقق أدوات الضوئية الكمومية النقطية الكشف عن مستوى الفوتون من خلال تنظيم حجم النقاط الكمومية ، مما يوفر دعم الجهاز الأساسي للاتصال الكمومي البصري. على سبيل المثال ، يحتوي كاشف DUT DOT الذي تم تطويره بواسطة مؤسسة معينة على معدل عدد مظلم أقل من 100 هرتز بطول موجة قدره 1550 نانومتر وكفاءة اكتشاف قدرها 90 ٪. تم تطبيقه في أنظمة توزيع المفاتيح الكمومية (QKD).
كاشف الجرافين: سرعة استجابة مستوى Terahertz
تحتوي أجهزة الكشف عن الجرافين ، مع خصائص خلفية النطاق الصفر ، على سرعة استجابة نظرية تصل إلى 1thz ، والتي تتجاوز بكثير مواد أشباه الموصلات التقليدية. على سبيل المثال ، يتمتع كاشفة ضوئية للجرافين التي تم تطويرها بواسطة مؤسسة معينة استجابة قدرها 0.5A/W في نطاق التردد من 0.3-1.5 THz ، مما يوفر جهازًا رئيسيًا للاتصال Terahertz.
https://www.trrsemicon.com/transistor/p {{2)