微小的黑洞为高速数据启用了一种新型光电探测器

硅晶圆上的微小“黑洞”构成了一种新型光电探测器，可以在世界各地或数据中心以更低的成本传输更多数据。该技术由加利福尼亚大学戴维斯分校的电气工程师和加利福尼亚州Los Altos的W&WSens设备公司开发，该公司是一家硅谷创业公司，在Nature Photonics期刊上发表的一篇论文中有所描述。

加州大学戴维斯分校的电气和计算机工程教授赛义夫·伊斯兰(Saif Islam)表示：“我们正试图利用硅片来实现硅通常无法做到的事情。”他与W&WSens Devices Inc.的合作者共同领导了这个项目。速度光电探测器装置使用诸如砷化镓之类的材料。“如果我们不需要添加非硅元件，并且可以将电子元件单片集成到单个硅芯片中，那么接收器便宜得多。”

新探测器在硅晶圆上使用锥形孔，将光子侧向转向，保持薄层硅的速度和较厚层的效率。到目前为止，伊斯兰教的团队已经使用这项新技术建造了一个实验性光电探测器和太阳能电池。光电探测器可以将数据从光学数据转换为电子设备，速度为每秒20千兆字节(或每秒250亿比特，比电缆调制解调器快200多倍)，量子效率为50%，这是该效率设备的最快速度报告。

数据中心需要快速连接

为互联网“云”提供动力的数据中心的增长已经产生了对设备的需求，这些设备可以在几码到几百码的短距离内非常快速地移动大量数据。伊斯兰说，这种连接也可用于高速家庭连接。

当计算机工程师想要非常快速地移动大量数据时，无论是在世界范围内还是在数据中心，他们都使用光纤电缆作为光脉冲传输数据。但是这些信号需要通过光电探测器在接收端转换为电子脉冲。您可以使用硅作为光电探测器 - 入射光子会产生电子流。但速度和效率之间存在权衡。为了捕获大部分光子，硅片需要很厚，这使得它相对较慢。使硅更薄，使其工作更快，太多光子会丢失。

相反，电路设计人员使用诸如砷化镓和磷化铟之类的材料来制造高速，高效率的光电探测器。例如，砷化镓在相同规模和波长下的效率约为硅的10倍。但它明显更昂贵，不能与硅电子器件单片集成。

锥形孔作为光阱

伊斯兰教的团队开始尝试通过添加微小的柱子或柱子，然后在硅片上添加孔来提高硅效率的方法。经过两年的实验，他们确定了一种向底部逐渐变细的孔洞。

“我们想出了一种技术，可以通过薄硅片横向弯曲入射光，”伊斯兰说。

这个想法是光子进入孔并被侧向拉入硅中。晶圆本身厚度约为2微米，但由于它们向侧面移动，光子会穿过30到40微米的硅，就像卵石落入水中时池塘上波浪的波纹一样。

伊斯兰教说，这种基于孔的装置还可以使用比现有技术更广泛的光波长范围。