德国研制出可与CMOS芯片集成的纳米级光探测器

[据电子工程时代网站2016年7月30日报道]光纤可以成为信息时代的信息超级高速公路。德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员正在开发一种用于光数据通路的新型光探测器，这是光纤接收端的核心器件，而其尺寸达到了新的尺度：只有100平方微米，非常适合集成到集成电路当中。而给人以更深刻印象的则是其数据传输率。

这种新型光探测器是世界上最小的光探测器，可以用于光数据传送，可显著提升光通信系统的性能，因为它们能够被大量集成到光半导体中。在实验中，研究人员实现了每秒40吉比特的数据通量，相当于每秒传送一部视频DVD的数据。

研究人员相信数据传输率仍有提升的潜力。该“等离子内部光电发射探测器”是达到上述传输率的最小探测器，比普通光探测器小100倍。

极小尺寸的好处在于，光探测器能够和后续预处理电路集成在同一CMOS芯片中。引入新型等离子器件，在计算机集成电路之间进行高速数据交换，能够将电子器件和光子器件的优势结合在一起，或者能够具有比仅采用电子器件更高的数据通量。

该探测器在“片间互联用纳米级颠覆性硅等离子芯片”（NAVOLCHI）项目下研制，由欧盟第七研究框架计划提供资助。

为了将光和电子在极小的空间内结合在一起，光探测器利用了表面等离子激元——金属电介质表面高度集中的电磁波。这种新型等离子转换器以光的波长在金属表面直接进行信号转换，被称为光发射。为了高效控制光的吸收和向电信号转换，研究人员在“钛-硅结”处生成载荷子，并在另外的“金-硅结”处进行调制。该探测器的高速能力是通过其特定的几何尺寸形成的，在两个金属-硅结之间的尺寸不到100纳米。

研究人员指出，等离子内部光电发射探测器不仅对于未来的光数据收发器系统是必要的，而且也是无线数据通信的关键器件。利用该方法可以在太赫兹频段生成电磁信号。等离子内部光电发射探测器能够被用于高速数据通信，支持数据率超过每秒1太比特。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所  王巍）