Metodu ta 'integrazzjoni optoelettronika

OptoelettronikuMetodu ta 'integrazzjoni

L-integrazzjoni ta 'fotonikaU l-elettronika hija pass ewlieni fit-titjib tal-kapaċitajiet tas-sistemi tal-ipproċessar tal-informazzjoni, li tippermetti rati ta 'trasferiment tad-dejta aktar mgħaġġla, konsum aktar baxx ta' enerġija u disinji ta 'apparat aktar kompatti, u tiftaħ opportunitajiet ġodda enormi għad-disinn tas-sistema. Il-metodi ta 'integrazzjoni huma ġeneralment maqsuma f'żewġ kategoriji: integrazzjoni monolitika u integrazzjoni b'ħafna ċipep.

Integrazzjoni monolitika
L-integrazzjoni monolitika tinvolvi l-manifattura ta 'komponenti fotoniċi u elettroniċi fuq l-istess sottostrat, ġeneralment bl-użu ta' materjali u proċessi kompatibbli. Dan l-approċċ jiffoka fuq il-ħolqien ta 'interface bla xkiel bejn id-dawl u l-elettriku f'ċippa waħda.
Vantaġġi:
1. Tnaqqas it-telf ta 'interkonnessjoni: It-tqegħid ta' fotoni u komponenti elettroniċi fil-viċin jimminimizza t-telf tas-sinjal assoċjat ma 'konnessjonijiet barra miċ-ċippa.
2, Prestazzjoni mtejba: Integrazzjoni aktar stretta tista 'twassal għal veloċitajiet ta' trasferiment ta 'data aktar mgħaġġla minħabba mogħdijiet ta' sinjal iqsar u latenza mnaqqsa.
3, Daqs iżgħar: L-integrazzjoni monolitika tippermetti apparat kompatt ħafna, li huwa partikolarment ta 'benefiċċju għal applikazzjonijiet limitati mill-ispazju, bħal ċentri tad-dejta jew apparat li jinżamm fl-idejn.
4, tnaqqas il-konsum tal-enerġija: Elimina l-ħtieġa għal pakketti separati u interkonnessjonijiet fuq distanza twila, li jistgħu jnaqqsu b'mod sinifikanti r-rekwiżiti tal-enerġija.
Sfida:
1) Kompatibilità tal-Materjal: Is-sejba ta 'materjali li jappoġġjaw kemm elettroni ta' kwalità għolja kif ukoll funzjonijiet fotoniċi jistgħu jkunu ta 'sfida minħabba li ħafna drabi jeħtieġu proprjetajiet differenti.
2, Kompatibilità tal-Proċess: L-integrazzjoni tal-proċessi ta 'manifattura differenti ta' elettronika u fotoni fuq l-istess sottostrat mingħajr ma tiddegrada l-prestazzjoni ta 'kwalunkwe komponent wieħed huwa kompitu kumpless.
4, Manifattura Kumplessa: Il-preċiżjoni għolja meħtieġa għal strutturi elettroniċi u fotononiċi żżid il-kumplessità u l-ispiża tal-manifattura.

Integrazzjoni multi-chip
Dan l-approċċ jippermetti flessibilità akbar fl-għażla ta 'materjali u proċessi għal kull funzjoni. F'din l-integrazzjoni, il-komponenti elettroniċi u fotoniċi jiġu minn proċessi differenti u mbagħad jiġu mmuntati flimkien u mqiegħda fuq pakkett jew sottostrat komuni (Figura 1). Issa ejja nelenkaw il-modi ta 'twaħħil bejn ċipep optoelettroniċi. Twaħħil Dirett: Din it-teknika tinvolvi l-kuntatt fiżiku dirett u l-irbit ta 'żewġ uċuħ planari, ġeneralment iffaċilitati minn forzi ta' twaħħil molekulari, sħana, u pressjoni. Għandu l-vantaġġ ta 'sempliċità u konnessjonijiet ta' telf potenzjalment baxx ħafna, iżda jirrikjedi uċuħ allinjati u nodfa b'mod preċiż. Igganċjar tal-fibra / ħakk: F'din l-iskema, il-firxa tal-fibra jew tal-fibra hija allinjata u marbuta mat-tarf jew il-wiċċ taċ-ċippa fotonika, li tippermetti li d-dawl jiġi akkoppjat ġewwa u barra miċ-ċippa. Il-ħakk jista 'jintuża wkoll għall-akkoppjar vertikali, u jtejjeb l-effiċjenza tat-trasmissjoni tad-dawl bejn iċ-ċippa fotonika u l-fibra esterna. Toqob permezz tas-silikon (TSVs) u mikro-bumps: It-toqob permezz tas-silikon huma interkonnessjonijiet vertikali permezz ta 'sottostrat tas-silikon, li jippermettu li ċ-ċipep jiġu stivati ​​fi tliet dimensjonijiet. Flimkien ma 'punti mikro-konvessi, dawn jgħinu biex jinkisbu konnessjonijiet elettriċi bejn ċipep elettroniċi u fotoniċi f'konfigurazzjonijiet f'munzelli, adattati għall-integrazzjoni ta' densità għolja. Saff intermedjarju ottiku: Is-saff intermedjarju ottiku huwa sottostrat separat li fih il-gwidi tal-mewġ ottiċi li jservu bħala intermedjarju għar-rotta ta 'sinjali ottiċi bejn ċipep. Tippermetti allinjament preċiż, u passiv addizzjonaliKomponenti ottiċitista 'tiġi integrata għal flessibilità akbar ta' konnessjoni. Twaħħil ibridu: Din it-teknoloġija avvanzata ta 'twaħħil tgħaqqad twaħħil dirett u teknoloġija mikro-bump biex tinkiseb konnessjonijiet elettriċi ta' densità għolja bejn ċipep u interfaces ottiċi ta 'kwalità għolja. Huwa partikolarment promettenti għal ko-integrazzjoni optoelettronika ta 'prestazzjoni għolja. Twaħħil tal-bump tal-istann: Simili għal twaħħil taċ-ċippa flip, ħotob tal-istann jintużaw biex joħolqu konnessjonijiet elettriċi. Madankollu, fil-kuntest tal-integrazzjoni optoelettronika, għandha tingħata attenzjoni speċjali biex tiġi evitata ħsara lill-komponenti fotoniċi kkawżati minn tensjoni termali u żżomm l-allinjament ottiku.

Figura 1 :: Skema ta 'Twaħħil ta' Elettroni / Ċippa Photon

Il-benefiċċji ta 'dawn l-approċċi huma sinifikanti: Peress li d-dinja CMOS tkompli ssegwi titjib fil-liġi ta' Moore, se jkun possibbli li wieħed jadatta malajr kull ġenerazzjoni ta 'CMOS jew BI-CMOS fuq ċippa fotonika tas-silikon irħisa, li jgawdi l-benefiċċji tal-aħjar proċessi fil-fotonika u l-elettronika. Minħabba li l-fotonika ġeneralment ma teħtieġx il-fabbrikazzjoni ta 'strutturi żgħar ħafna (id-daqsijiet ewlenin ta' madwar 100 nanometru huma tipiċi) u l-apparati huma kbar meta mqabbla ma 'transistors, konsiderazzjonijiet ekonomiċi għandhom it-tendenza li jimbuttaw apparat fotoniku biex jiġi manifatturat fi proċess separat, separat minn kwalunkwe elettronika avvanzata meħtieġa għall-prodott finali.
Vantaġġi:
1, Flessibilità: Materjali u proċessi differenti jistgħu jintużaw b'mod indipendenti biex tinkiseb l-aħjar prestazzjoni ta 'komponenti elettroniċi u fotoniċi.
2, Maturità tal-Proċess: L-użu ta 'proċessi ta' manifattura maturi għal kull komponent jista 'jissimplifika l-produzzjoni u jnaqqas l-ispejjeż.
3, aġġornament u manutenzjoni aktar faċli: Is-separazzjoni tal-komponenti tippermetti li l-komponenti individwali jiġu sostitwiti jew aġġornati aktar faċilment mingħajr ma jaffettwaw is-sistema kollha.
Sfida:
1, Telf ta 'Interkonnessjoni: Il-konnessjoni off-chip tintroduċi telf ta' sinjal addizzjonali u tista 'teħtieġ proċeduri kumplessi ta' allinjament.
2, żieda fil-kumplessità u d-daqs: Il-komponenti individwali jeħtieġu ppakkjar u interkonnessjonijiet addizzjonali, li jirriżultaw f'daqsijiet ikbar u spejjeż potenzjalment ogħla.
3, konsum ogħla ta 'enerġija: mogħdijiet ta' sinjal itwal u ppakkjar addizzjonali jistgħu jżidu r-rekwiżiti ta 'enerġija meta mqabbla ma' l-integrazzjoni monolitika.
Konklużjoni:
L-għażla bejn l-integrazzjoni monolitika u multi-ċippa tiddependi fuq rekwiżiti speċifiċi għall-applikazzjoni, inklużi għanijiet ta 'prestazzjoni, restrizzjonijiet tad-daqs, konsiderazzjonijiet ta' spejjeż, u maturità tat-teknoloġija. Minkejja l-kumplessità tal-manifattura, l-integrazzjoni monolitika hija ta 'vantaġġ għal applikazzjonijiet li jeħtieġu minjaturizzazzjoni estrema, konsum ta' enerġija baxxa, u trasmissjoni ta 'dejta b'veloċità għolja. Minflok, l-integrazzjoni multi-chip toffri flessibilità tad-disinn akbar u tuża kapaċitajiet ta 'manifattura eżistenti, u tagħmilha xierqa għal applikazzjonijiet fejn dawn il-fatturi huma akbar mill-benefiċċji ta' integrazzjoni aktar stretta. Hekk kif timxi r-riċerka, approċċi ibridi li jgħaqqdu elementi taż-żewġ strateġiji qed jiġu esplorati wkoll biex jottimizzaw il-prestazzjoni tas-sistema filwaqt li jtaffu l-isfidi assoċjati ma 'kull approċċ.