微小的黑洞為高速數據提供了一種新型光電探測器

硅晶圓上的微小“黑洞”構成了一種新型光電探測器，可以在世界各地或數據中心以更低的成本移動更多數據。該技術由加利福尼亞大學戴維斯分校的電氣工程師和加利福尼亞州洛斯阿爾托斯市的W&WSens設備公司開發，該公司于4月3日在Nature Photonics期刊上發表。

加州大學戴維斯分校的電氣和計算機工程教授賽義夫·伊斯蘭(Saif Islam)與W&WSens Devices公司的合作者共同領導該項目，他說：“我們正試圖利用硅片來實現硅通常無法做到的事情。”高速光電探測器裝置使用諸如砷化鎵之類的材料。“如果我們不需要添加非硅元件，并且可以將電子元件單片集成到單個硅芯片中，那么接收器就會變得便宜得多。”

新探測器在硅晶圓上使用錐形孔，將光子側向轉向，保持薄層硅的速度和較厚層的效率。到目前為止，伊斯蘭教的團隊已經使用這項新技術建造了一個實驗性光電探測器和太陽能電池。光電探測器可以將數據從光學數據轉換為電子設備，速度為每秒20千兆字節(或每秒250億比特，比電纜調制解調器快200多倍)，量子效率為50%，這是該效率設備的最快速度報告。

數據中心需要快速連接

為互聯網“云”提供動力的數據中心的增長已經產生了對設備的需求，這些設備可以在幾碼到幾百碼的短距離內非常快速地移動大量數據。伊斯蘭說，這種連接也可用于高速家庭連接。

當計算機工程師想要非常快速地移動大量數據時，無論是在世界范圍內還是在數據中心，他們都使用光纖電纜作為光脈沖傳輸數據。但是這些信號需要通過光電探測器在接收端轉換為電子脈沖。您可以使用硅作為光電探測器 - 入射光子會產生電子流。但速度和效率之間存在權衡。為了捕獲大部分光子，硅片需要很厚，這使得它相對較慢。使硅更薄，使其工作更快，太多光子會丟失。

相反，電路設計人員使用諸如砷化鎵和磷化銦之類的材料來制造高速，高效率的光電探測器。例如，砷化鎵在相同規模和波長下的效率約為硅的十倍。但它明顯更昂貴，不能與硅電子器件單片集成。

錐形孔作為光阱

伊斯蘭教的團隊開始嘗試通過添加微小的柱子或柱子，然后在硅片上添加孔來提高硅效率的方法。經過兩年的實驗，他們確定了一種向底部逐漸變細的孔的圖案。

“我們想出了一種技術，可以通過薄硅片橫向彎曲入射光，”伊斯蘭說。

這個想法是光子進入孔并被側向拉入硅中。晶圓本身約為2微米厚，但由于它們向側面移動，光子會穿過30到40微米的硅，就像卵石落入水中時池塘上波浪的波紋一樣。

伊斯蘭教說，這種基于孔的裝置還可以使用比現有技術更廣泛的光波長范圍。