Оптоэлектронды интеграция әдісі

Оптоэлектрондыинтеграциялық әдіс

интеграциясыфотоникажәне электроника ақпаратты өңдеу жүйелерінің мүмкіндіктерін жақсартудағы маңызды қадам болып табылады, деректерді жылдамырақ жіберу жылдамдығын, қуатты аз тұтынуды және құрылғылардың ықшам конструкцияларын қамтамасыз етеді және жүйені жобалау үшін үлкен жаңа мүмкіндіктерді ашады. Интеграция әдістері негізінен екі санатқа бөлінеді: монолитті интеграция және көп чипті интеграция.

Монолитті интеграция
Монолитті интеграция әдетте үйлесімді материалдар мен процестерді пайдалана отырып, бір субстратта фотонды және электрондық компоненттерді өндіруді қамтиды. Бұл тәсіл бір чип ішінде жарық пен электр энергиясы арасындағы үздіксіз интерфейсті құруға бағытталған.
Артықшылықтары:
1. Өзара байланыс жоғалуларын азайтыңыз: фотондар мен электрондық құрамдастарды жақын жерде орналастыру чиптен тыс қосылымдарға байланысты сигнал жоғалуларын азайтады.
2, Жақсартылған өнімділік: Қатаң интеграция сигнал жолдарының қысқаруына және кідірістің төмендеуіне байланысты деректерді беру жылдамдығының жоғарылауына әкелуі мүмкін.
3, кішірек өлшем: монолитті интеграция өте ықшам құрылғыларға мүмкіндік береді, бұл әсіресе деректер орталықтары немесе портативті құрылғылар сияқты кеңістік шектеулі қолданбалар үшін тиімді.
4, қуат тұтынуды азайтыңыз: қуат талаптарын айтарлықтай төмендетуі мүмкін бөлек пакеттер мен қалааралық байланыстарды қажет етпеңіз.
Сынақ:
1) Материалдық үйлесімділік: жоғары сапалы электрондарды да, фотондық функцияларды да қолдайтын материалдарды табу қиын болуы мүмкін, себебі олар жиі әртүрлі қасиеттерді қажет етеді.
2, процестің үйлесімділігі: электроника мен фотондардың әртүрлі өндірістік процестерін бір субстраттағы бір компоненттің өнімділігін төмендетпей біріктіру күрделі міндет болып табылады.
4, Кешенді өндіріс: Электрондық және фотоникалық құрылымдар үшін талап етілетін жоғары дәлдік өндірістің күрделілігі мен құнын арттырады.

Көп чипті біріктіру
Бұл тәсіл әр функция үшін материалдар мен процестерді таңдауда үлкен икемділікке мүмкіндік береді. Бұл интеграцияда электронды және фотонды құрамдас бөліктер әртүрлі процестерден келеді, содан кейін бірге жиналып, ортақ қаптамаға немесе субстратқа орналастырылады (1-сурет). Енді оптоэлектрондық чиптер арасындағы байланыстыру режимдерін тізіп көрейік. Тікелей байланыс: Бұл әдіс екі жазық беттердің тікелей физикалық байланысын және байланысын қамтиды, әдетте молекулалық байланыс күштері, жылу және қысым арқылы жеңілдетіледі. Оның қарапайымдылығы және ықтимал өте төмен жоғалту қосылымдарының артықшылығы бар, бірақ дәл тураланған және таза беттерді қажет етеді. Талшықты/торлы муфта: Бұл схемада талшық немесе талшық массиві фотоникалық чиптің шетіне немесе бетіне тураланады және бекітіледі, бұл жарықтың чиптің ішіне және одан шығуына мүмкіндік береді. Торды фотонды чип пен сыртқы талшық арасындағы жарықты өткізу тиімділігін арттыра отырып, тік байланыстыру үшін де пайдалануға болады. Кремний саңылаулары (TSV) және микробұдырлар: Кремний арқылы өтетін саңылаулар кремний субстрат арқылы тік қосылыстар болып табылады, бұл чиптерді үш өлшемде жинақтауға мүмкіндік береді. Микро-дөңес нүктелермен біріктірілген олар тығыздығы жоғары интеграция үшін қолайлы жинақталған конфигурациялардағы электронды және фотондық чиптер арасындағы электрлік қосылымдарға қол жеткізуге көмектеседі. Оптикалық аралық қабат: Оптикалық аралық қабат - чиптер арасында оптикалық сигналдарды бағыттау үшін делдал ретінде қызмет ететін оптикалық толқын өткізгіштері бар жеке субстрат. Бұл дәл туралауға және қосымша пассивтілікке мүмкіндік бередіоптикалық компоненттерқосылу икемділігін арттыру үшін біріктірілуі мүмкін. Гибридті байланыстыру: Бұл жетілдірілген байланыстыру технологиясы чиптер мен жоғары сапалы оптикалық интерфейстер арасындағы жоғары тығыздықтағы электрлік қосылымдарға қол жеткізу үшін тікелей байланыстыру және микро-бүмпу технологиясын біріктіреді. Бұл әсіресе жоғары өнімді оптоэлектрондық коинтеграция үшін перспективалы. Дәнекермен байланыстыру: флип чипті байланыстыруға ұқсас, дәнекерлеу бұдырлары электр қосылымдарын жасау үшін қолданылады. Дегенмен, оптоэлектрондық интеграция жағдайында термиялық кернеуден туындаған фотонды құрамдастардың зақымдануын болдырмауға және оптикалық туралауды сақтауға ерекше назар аудару керек.

1-сурет: : Электрон/фотонды чиптен чипке байланыстыру схемасы

Бұл тәсілдердің артықшылықтары маңызды: CMOS әлемі Мур заңындағы жақсартуларды қадағалайтындықтан, CMOS немесе Bi-CMOS-тың әрбір буынын арзан кремний фотоникалық чипіне жылдам бейімдеу мүмкін болады. фотоника және электроника. Фотоника әдетте өте кішкентай құрылымдарды жасауды қажет етпейтіндіктен (шамамен 100 нанометрлік негізгі өлшемдер тән) және транзисторлармен салыстырғанда құрылғылар үлкен болғандықтан, экономикалық ойлар фотоникалық құрылғыларды кез келген озық құрылғылардан бөлек бөлек процесте жасауға итермелейді. соңғы өнімге қажетті электроника.
Артықшылықтары:
1, икемділік: Электрондық және фотоникалық компоненттердің ең жақсы өнімділігіне қол жеткізу үшін әртүрлі материалдар мен процестерді дербес пайдалануға болады.
2, процестің жетілу мерзімі: әрбір компонент үшін жетілген өндірістік процестерді пайдалану өндірісті жеңілдетеді және шығындарды азайтады.
3, Жеңіл жаңарту және техникалық қызмет көрсету: Құрамдас бөліктерді бөлу жеке құрамдастарды бүкіл жүйеге әсер етпестен оңай ауыстыруға немесе жаңартуға мүмкіндік береді.
Сынақ:
1, өзара байланысты жоғалту: Чиптен тыс қосылым сигналдың қосымша жоғалуын тудырады және күрделі туралау процедураларын қажет етуі мүмкін.
2, күрделілік пен өлшемнің жоғарылауы: Жеке құрамдас бөліктер қосымша орау мен өзара байланыстарды қажет етеді, нәтижесінде үлкен өлшемдер мен ықтимал жоғары шығындар болады.
3, жоғары қуат тұтыну: ұзақ сигнал жолдары мен қосымша қаптама монолитті интеграциямен салыстырғанда қуат талаптарын арттыруы мүмкін.
Қорытынды:
Монолитті және көп чипті біріктіру арасында таңдау өнімділік мақсаттарын, өлшем шектеулерін, шығындарды есепке алуды және технологияның жетілуін қоса алғанда, қолданбаға тән талаптарға байланысты. Өндірістің күрделілігіне қарамастан, монолитті біріктіру экстремалды миниатюризацияны, төмен қуат тұтынуды және жоғары жылдамдықты деректерді беруді қажет ететін қолданбалар үшін тиімді. Оның орнына, көп чипті біріктіру үлкенірек дизайн икемділігін ұсынады және бар өндіріс мүмкіндіктерін пайдаланады, бұл оны осы факторлар қатаң интеграцияның артықшылықтарынан асып түсетін қолданбалар үшін қолайлы етеді. Зерттеулер жүріп жатқанда, екі стратегияның элементтерін біріктіретін гибридті тәсілдер де әрбір тәсілмен байланысты қиындықтарды азайта отырып, жүйе өнімділігін оңтайландыру үшін зерттелуде.