Оптоэлектрондық интеграция әдісі

Оптоэлектрондықинтеграция әдісі

Интеграциясыфотоникажәне электроника ақпаратты өңдеу жүйелерінің мүмкіндіктерін жақсартудағы, деректерді беру жылдамдығын арттырудағы, қуат тұтынуды азайтудағы және құрылғының ықшам дизайнын қамтамасыз етудегі және жүйені жобалау үшін үлкен жаңа мүмкіндіктер ашудағы маңызды қадам болып табылады. Интеграция әдістері әдетте екі санатқа бөлінеді: монолитті интеграция және көп чипті интеграция.

Монолитті интеграция
Монолитті интеграция фотондық және электрондық компоненттерді бір негізде өндіруді қамтиды, әдетте үйлесімді материалдар мен процестерді пайдаланады. Бұл тәсіл бір чипте жарық пен электр энергиясы арасында үздіксіз интерфейс жасауға бағытталған.
Артықшылықтары:
1. Өзара байланыс шығындарын азайту: Фотондар мен электрондық компоненттерді жақын орналастыру чиптен тыс қосылымдармен байланысты сигнал шығындарын азайтады.
2, Жақсартылған өнімділік: Қатты интеграция сигнал жолдарының қысқаруына және кідірістің азаюына байланысты деректерді беру жылдамдығының артуына әкелуі мүмкін.
3, Кішірек өлшем: Монолитті интеграция өте ықшам құрылғыларды пайдалануға мүмкіндік береді, бұл әсіресе деректер орталықтары немесе қол құрылғылары сияқты кеңістік шектеулі қолданбалар үшін пайдалы.
4, қуат тұтынуды азайтыңыз: бөлек пакеттер мен ұзақ қашықтықтағы өзара байланыстардың қажеттілігін жойыңыз, бұл қуат талаптарын айтарлықтай азайта алады.
Қиындық:
1) Материалдардың үйлесімділігі: Жоғары сапалы электрондарды да, фотондық функцияларды да қолдайтын материалдарды табу қиын болуы мүмкін, себебі олар көбінесе әртүрлі қасиеттерді қажет етеді.
2, процестің үйлесімділігі: Электроника мен фотондардың әртүрлі өндірістік процестерін бір субстратта бір компоненттің өнімділігін төмендетпей біріктіру күрделі міндет болып табылады.
4, Күрделі өндіріс: Электрондық және фотононикалық құрылымдар үшін қажетті жоғары дәлдік өндірістің күрделілігі мен құнын арттырады.

Көп чипті интеграция
Бұл тәсіл әрбір функция үшін материалдар мен процестерді таңдауда икемділікті арттыруға мүмкіндік береді. Бұл интеграцияда электрондық және фотондық компоненттер әртүрлі процестерден алынады, содан кейін бірге жиналып, ортақ қаптамаға немесе негізге орналастырылады (1-сурет). Енді оптоэлектрондық чиптер арасындағы байланыс режимдерін тізіп көрейік. Тікелей байланыс: Бұл әдіс екі жазық беттің тікелей физикалық жанасуын және байланысын қамтиды, әдетте молекулалық байланыс күштері, жылу және қысым арқылы жеңілдетіледі. Оның қарапайымдылығы мен ықтимал өте төмен шығынды қосылыстарының артықшылығы бар, бірақ дәл тураланған және таза беттерді қажет етеді. Талшық/торлы байланыс: Бұл схемада талшық немесе талшық массиві фотондық чиптің шетіне немесе бетіне тураланады және байланысады, бұл жарықтың чиптің ішіне және сыртына қосылуына мүмкіндік береді. Торды тік байланыс үшін де пайдалануға болады, бұл фотондық чип пен сыртқы талшық арасындағы жарықтың өткізілу тиімділігін арттырады. Кремний арқылы өтетін тесіктер (TSV) және микро-бөртпелер: Кремний арқылы өтетін тесіктер - бұл кремний негізіндегі тік байланыстар, бұл чиптерді үш өлшемде қабаттастыруға мүмкіндік береді. Микродөңес нүктелермен біріктірілгенде, олар жоғары тығыздықтағы интеграцияға жарамды қабатталған конфигурацияларда электрондық және фотондық чиптер арасында электрлік байланыстарға қол жеткізуге көмектеседі. Оптикалық аралық қабат: Оптикалық аралық қабат - бұл чиптер арасында оптикалық сигналдарды бағыттау үшін делдал ретінде қызмет ететін оптикалық толқын бағыттаушылары бар бөлек субстрат. Бұл дәл туралауға және қосымша пассивтілікке мүмкіндік береді.оптикалық компоненттерқосылым икемділігін арттыру үшін біріктірілуі мүмкін. Гибридті байланыс: Бұл озық байланыс технологиясы чиптер мен жоғары сапалы оптикалық интерфейстер арасында жоғары тығыздықтағы электрлік байланыстарға қол жеткізу үшін тікелей байланыс пен микро-бұмп технологиясын біріктіреді. Бұл әсіресе жоғары өнімді оптоэлектрондық бірлескен интеграция үшін перспективалы. Дәнекерлеу түйреуішін байланыстыру: Айналмалы чипті байланыстыруға ұқсас, дәнекерлеу түйреуіштері электрлік байланыстарды жасау үшін қолданылады. Дегенмен, оптоэлектрондық интеграция контексінде термиялық кернеуден туындаған фотондық компоненттердің зақымдалуын болдырмауға және оптикалық туралауды сақтауға ерекше назар аудару қажет.

1-сурет: : Электрон/фотон чипінен чипке байланыс схемасы

Бұл тәсілдердің артықшылықтары айтарлықтай: CMOS әлемі Мур заңының жетілдірулерін жалғастыра отырып, CMOS немесе Bi-CMOS-тың әрбір буынын арзан кремний фотондық чипке тез бейімдеу мүмкін болады, бұл фотоника мен электроникадағы ең жақсы процестердің артықшылықтарын пайдаланады. Фотоника әдетте өте кішкентай құрылымдарды жасауды қажет етпейтіндіктен (шамамен 100 нанометрлік негізгі өлшемдер әдеттегідей) және құрылғылар транзисторлармен салыстырғанда үлкен болғандықтан, экономикалық тұрғыдан фотондық құрылғыларды соңғы өнім үшін қажетті кез келген озық электроникадан бөлек, бөлек процесте өндіруге итермелейді.
Артықшылықтары:
1, икемділік: Электрондық және фотондық компоненттердің ең жақсы өнімділігіне қол жеткізу үшін әртүрлі материалдар мен процестерді тәуелсіз пайдалануға болады.
2, процестің жетілу мерзімі: әрбір компонент үшін жетілген өндірістік процестерді пайдалану өндірісті жеңілдетіп, шығындарды азайта алады.
3, Оңай жаңарту және техникалық қызмет көрсету: Компоненттерді бөлу бүкіл жүйеге әсер етпестен жеке компоненттерді оңай ауыстыруға немесе жаңартуға мүмкіндік береді.
Қиындық:
1, өзара байланыстың жоғалуы: Чиптен тыс қосылым қосымша сигнал жоғалуына әкеледі және күрделі туралау процедураларын қажет етуі мүмкін.
2, күрделілігі мен өлшемінің артуы: Жеке компоненттер қосымша қаптаманы және өзара байланысты қажет етеді, бұл өлшемдердің үлкенірек болуына және шығындардың жоғарылауына әкеледі.
3, жоғары қуат тұтынуы: Ұзын сигнал жолдары және қосымша қаптама монолитті интеграциямен салыстырғанда қуат талаптарын арттыруы мүмкін.
Қорытынды:
Монолитті және көп чипті интеграцияны таңдау қолданбаға тән талаптарға, соның ішінде өнімділік мақсаттарына, өлшем шектеулеріне, шығындарға және технологияның жетілуіне байланысты. Өндірістің күрделілігіне қарамастан, монолитті интеграция өте миниатюризацияны, төмен қуат тұтынуды және жоғары жылдамдықты деректерді беруді қажет ететін қолданбалар үшін тиімді. Оның орнына, көп чипті интеграция дизайнның икемділігін арттырады және бар өндірістік мүмкіндіктерді пайдаланады, бұл оны бұл факторлар тығыз интеграцияның артықшылықтарынан басым болатын қолданбалар үшін қолайлы етеді. Зерттеулер жүріп жатқанда, екі стратегияның элементтерін біріктіретін гибридті тәсілдер де әрбір тәсілмен байланысты қиындықтарды азайта отырып, жүйенің өнімділігін оңтайландыру үшін зерттелуде.