纳米科学与纳米技术中心的研究人员与 CEA LETI 和 STMicroelectronics 合作，展示了一种节能且高速的硅锗雪崩光电接收器。该设备与可访问的半导体技术和以电信波段标准运行的光纤链路完全兼容。

由于其低成本、高产量和密集集成能力，硅纳米光子解决了数据中心、高性能计算机和云服务中呈指数增长的通信需求。为此，大量纳米光子功能现在可以在单个芯片上使用，因为它们利用了硅铸造工艺的成熟度。自集成纳米光子学的早期以来，光学光电探测器一直处于研究兴趣的前沿。迄今为止，大多数光电探测器利用 III-V 族和 IV 族材料类别的晶体半导体来构建光接收器，因为这些材料已被微电子行业广泛利用。

III-V 族化合物(即砷化铟镓 [InGaAs] 和磷化砷化铟镓[InGaAsP])提供了最成熟的直接带隙材料系统，其光电探测器设计和制造流程掌握得很好。然而，III-V 探测器面临着严峻的挑战，例如过高的电压供应、CMOS(互补金属氧化物半导体)代工厂外的昂贵制造或与其他光子平台的复杂混合/异质集成。相比之下，由硅和锗(IV 族材料)制成的光电探测器目前是一种成熟的替代方案，它利用低成本和生产多功能性，在单个芯片上实现了符合代工厂标准的单片集成。

硅锗基半导体雪崩将信号从光域转换为低光功率的电域的光电二极管比常见的金属-半导体-金属和 PIN 二极管更敏感。雪崩光电二极管对高级节能和高速应用最具吸引力，因为它们利用内部倍增增益，每个吸收的光子可以产生多个光载流子，从而从本质上提高设备性能。然而，硅锗雪崩光电探测器有其自身的缺点。需要强电场来启动载流子的倍增，这也会发出过多的噪声。雪崩设备还面临在更高电压电源下运行和/或它们仅检测低到中等比特率的挑战。

在Optica 上发表的一项工作中，C2N(CNRS/巴黎萨克雷大学)中心的研究人员与 CEA LETI 和 STMicroelectronics 合作，在主流电信波长上实现了 40 Gbps 片上信号检测。这要归功于具有异质结构硅锗结的低成本且与 CMOS 兼容的雪崩光电二极管的实现。

硅锗雪崩光电探测器在 CEA LETI 的洁净室设施中使用用于单片集成的开放式光子平台和传统 CMOS 工具进行处理。为了完全量化光电性能，由于光学高频实验的实验室技能，制造的器件在 C2N 上进行了表征。雪崩光电探测器本质上是简单的异质结构 PIN 二极管，由低于 10V 的偏置电压驱动。其卓越光电性能的关键促成因素是具有亚微米结面积的紧凑型 PIN 二极管。PIN 二极管受益于异质结构硅锗界面处发生的强局部碰撞电离过程。

光电二极管的微型电气结构利用了硅的卓越低噪声特性，并且由于死区效应，局部雪崩倍增有助于抑制寄生过量噪声。反过来，这可以实现先进的片上光子接收器，同时在商业电信波长下进行高速、低噪声和节能操作。结果，分别针对 32 Gbps 和 40 Gbps 的传输比特率测量了 -13 dBm 和 -11 dBm 的可信功率灵敏度。

这些结果为现代光电和通信领域的芯片级纳米光子学开辟了机会。因此，光接收器在数据传输系统中具有应用，包括数据中心、云计算和高计算服务器，或芯片级互连，仅举几例。