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基于增益峰化（Gain-peaking）技术实现锗硅超100G光信号接收

随着5G、云计算、物联网、AI等新兴技术的蓬勃发展，数据中心通信端口的速率亟需进一步提升。目前，400 GbE标准已基本完成，业界目光开始聚焦于下一代800G光收发技术研究。硅基光子技术具有光场限制能力强、结构紧凑、低成本及兼容CMOS加工工艺，且适用于高密度光子集成等优点，被认为是面向下一代光互连中最具前景的应用方案之一。然而，锗硅光电探测器作为硅基光子技术中光信号接收端核心元件之一，受限于结构本身物理特性和工艺条件限制，存在大带宽与高响应度之间的矛盾，要实现工作速率超100 Gbaud的高响应度锗硅探测器依旧面临巨大挑战。

近日，来自中国信科集团和国家信息光电子创新中心的硅光团队设计了一种基于增益峰化（Gain -peaking）技术的高性能锗硅光电探测器，在不改变锗硅有源区结构和工艺的条件下，实现了带宽性能的显著提升。该团队研究人员通过建立精确RC等效电路模型与有限元仿真设计，引入合适电感值，降低Gain Peaking技术带来的不同速率相位延迟导致的信号失真与劣化，最终将3-dB光-电转换模拟带宽提高至62 GHz，同时响应度≥0.8 A/W。基于该款探测器，实验验证最高100 Gbit/s OOK和128 Gbit/s PAM-4光信号接收。此次报道单波超100 Gbaud光电探测器为当前国际上在锗硅光电探测技术报道的最高速率，结合硅光技术低成本优势，在下一代光模块向800 GbE乃至超Tb/s持续发展中，存在巨大潜力。

图1. Gain-peaking锗硅探测器等效电路模型与3-dB带宽仿真结果，以及100 Gbit/s NRZ和128 Gbit/s PAM-4光接收实验测试眼图。

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  作者简介 

  

吴定益，现为武汉邮电研究院研究生，师从肖希教授。

于2017年获得湖北大学学士学位。自2019年6月起，作为访问生在国家信息光电子创新中心工作。他目前的研究重点是高速锗硅光电探测器。

胡晓，现任中国信息通信科技集团（CICT）国家信息光电子创新中心高级工程师。

于2017年获得华中科技大学武汉光电国家实验室光学工程博士学位。致力于光子集成器件的创新和高速/大功率锗硅光电探测器以及硅混合集成调制器的前沿研究。

王磊，国家信息光电子创新中心硅光部经理。

领导团队并经营硅光子学研究、测试和产品开发平台。从事5G、电信、数据通信用硅光子学产品开发项目。在加入NOEIC之前为CICT光通信技术与网络国家重点实验室硅光子学组副主任。于2010年在德克萨斯大学奥斯汀分校欧洲经委会（ECE）系联合学习，并于2012年获华中科技大学光电信息工程博士学位。

肖希，博士，教授级高工，国家信息光电子创新中心总经理，中国信息通信科技集团光纤通信技术和网络国家重点实验室副主任。

主要研究方向：硅基光电子集成、光通信器件、高速光电子芯片，近年来在Nature Communications、ACS Photonics、Photonics Research等期刊发表文章100余篇，拥有发明专利120余项。

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点击阅读原文：

62 GHz germanium photodetector with inductive gain peaking electrode for photonic receiving beyond 100 Gbaud

Dingyi Wu, Xiao Hu, Weizhong Li, Daigao Chen, Lei Wang, Xi Xiao

J. Semicond.  2021, 42(2): 020502

doi: 10.1088/1674-4926/42/2/020502

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《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

“半语-益言”系列讲座

借一言半语，聊“核芯”科技，“半语-益言”直播讲座2020年全28期及特别直播回放链接：https://www.koushare.com/periodical/periodicallist?ptid=5

今年首播时间：2021年4月7日（周三）晚19:30-21:00

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

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