Optoelettronikametodu ta' integrazzjoni
L-integrazzjoni ta'fotonikau l-elettronika hija pass ewlieni fit-titjib tal-kapaċitajiet tas-sistemi tal-ipproċessar tal-informazzjoni, li jippermetti rati ta’ trasferiment tad-dejta aktar mgħaġġla, konsum tal-enerġija aktar baxx u disinji ta’ apparati aktar kompatti, u jiftaħ opportunitajiet ġodda enormi għad-disinn tas-sistema. Il-metodi ta’ integrazzjoni ġeneralment huma maqsuma f’żewġ kategoriji: integrazzjoni monolitika u integrazzjoni b’ħafna ċippijiet.
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' interfaċċja bla xkiel bejn id-dawl u l-elettriku fi ħdan ċippa waħda.
Vantaġġi:
1. Naqqas it-telf tal-interkonnessjoni: It-tqegħid ta' fotoni u komponenti elettroniċi fil-viċinanza jimminimizza t-telf tas-sinjali assoċjat ma' konnessjonijiet barra miċ-ċippa.
2, Prestazzjoni mtejba: Integrazzjoni aktar stretta tista' twassal għal veloċitajiet ta' trasferiment tad-dejta aktar mgħaġġla minħabba mogħdijiet tas-sinjali iqsar u latency mnaqqsa.
3, Daqs iżgħar: L-integrazzjoni monolitika tippermetti apparati kompatti ħafna, li huwa partikolarment ta' benefiċċju għal applikazzjonijiet bi spazju limitat, bħal ċentri tad-dejta jew apparati li jinżammu fl-idejn.
4, tnaqqas il-konsum tal-enerġija: telimina l-ħtieġa għal pakketti separati u interkonnessjonijiet fuq distanzi twal, li jistgħu jnaqqsu b'mod sinifikanti r-rekwiżiti tal-enerġija.
Sfida:
1) Kompatibilità tal-materjali: Is-sejba ta' materjali li jappoġġjaw kemm elettroni ta' kwalità għolja kif ukoll funzjonijiet fotoniċi tista' tkun ta' sfida għaliex ħafna drabi jeħtieġu proprjetajiet differenti.
2, kompatibilità tal-proċess: L-integrazzjoni tad-diversi proċessi ta' manifattura tal-elettronika u l-fotoni fuq l-istess sottostrat mingħajr ma titnaqqas il-prestazzjoni ta' xi komponent wieħed hija biċċa xogħol kumplessa.
4, Manifattura kumplessa: Il-preċiżjoni għolja meħtieġa għal strutturi elettroniċi u fotoniċi żżid il-kumplessità u l-ispiża tal-manifattura.
Integrazzjoni b'ħafna ċippijiet
Dan l-approċċ jippermetti flessibilità akbar fl-għażla ta' materjali u proċessi għal kull funzjoni. F'din l-integrazzjoni, il-komponenti elettroniċi u fotoniċi ġejjin minn proċessi differenti u mbagħad jiġu mmuntati flimkien u mqiegħda fuq pakkett jew sottostrat komuni (Figura 1). Issa ejja niżżlu l-modi ta' twaħħil bejn iċ-ċipep optoelettroniċi. Twaħħil dirett: Din it-teknika tinvolvi l-kuntatt fiżiku dirett u t-twaħħil ta' żewġ uċuħ planari, ġeneralment iffaċilitat minn forzi ta' twaħħil molekulari, sħana, u pressjoni. Għandha l-vantaġġ tas-sempliċità u konnessjonijiet potenzjalment b'telf baxx ħafna, iżda teħtieġ uċuħ allinjati b'mod preċiż u nodfa. Akkoppjar tal-fibra/gradilja: F'din l-iskema, il-fibra jew il-firxa tal-fibra hija allinjata u mwaħħla mat-tarf jew il-wiċċ taċ-ċippa fotonika, li jippermetti li d-dawl jiġi akkoppjat 'il ġewwa u 'l barra miċ-ċippa. Il-gradilja tista' tintuża wkoll għal akkoppjar vertikali, u ttejjeb l-effiċjenza tat-trażmissjoni tad-dawl bejn iċ-ċippa fotonika u l-fibra esterna. Toqob permezz tas-silikon (TSVs) u mikro-ħotob: It-toqob permezz tas-silikon huma interkonnessjonijiet vertikali permezz ta' sottostrat tas-silikon, li jippermettu li ċ-ċipep jiġu f'munzelli fi tliet dimensjonijiet. Flimkien ma' punti mikro-konvessi, dawn jgħinu biex jinkisbu konnessjonijiet elettriċi bejn ċipep elettroniċi u fotoniċi f'konfigurazzjonijiet f'munzelli, adattati għal integrazzjoni ta' densità għolja. Saff intermedjarju ottiku: Is-saff intermedjarju ottiku huwa sottostrat separat li fih gwidi tal-mewġ ottiċi li jservu bħala intermedjarju għar-rottaġġ tas-sinjali ottiċi bejn iċ-ċipep. Jippermetti allinjament preċiż, u reżistenza passiva addizzjonali.komponenti ottiċijista' jiġi integrat għal aktar flessibilità fil-konnessjoni. Twaħħil ibridu: Din it-teknoloġija avvanzata ta' twaħħil tgħaqqad it-twaħħil dirett u t-teknoloġija tal-mikro-bump biex tikseb konnessjonijiet elettriċi ta' densità għolja bejn ċipep u interfaċċji ottiċi ta' kwalità għolja. Hija partikolarment promettenti għal ko-integrazzjoni optoelettronika ta' prestazzjoni għolja. Twaħħil ta' bumps tal-istann: Simili għat-twaħħil ta' flip chip, il-bumps tal-istann jintużaw biex jinħolqu konnessjonijiet elettriċi. Madankollu, fil-kuntest tal-integrazzjoni optoelettronika, għandha tingħata attenzjoni speċjali biex tiġi evitata ħsara lill-komponenti fotoniċi kkawżata minn stress termali u biex jinżamm l-allinjament ottiku.
Figura 1: Skema ta' twaħħil bejn ċippa u ċippa ta' elettroni/fotoni
Il-benefiċċji ta’ dawn l-approċċi huma sinifikanti: Hekk kif id-dinja tas-CMOS tkompli ssegwi t-titjib fil-Liġi ta’ Moore, se jkun possibbli li kull ġenerazzjoni ta’ CMOS jew Bi-CMOS tiġi adattata malajr fuq ċippa fotonika tas-silikon irħisa, u b’hekk jittieħdu l-benefiċċji tal-aqwa proċessi fil-fotonika u l-elettronika. Minħabba li l-fotonika ġeneralment ma teħtieġx il-fabbrikazzjoni ta’ strutturi żgħar ħafna (daqsijiet ewlenin ta’ madwar 100 nanometru huma tipiċi) u l-apparati huma kbar meta mqabbla mat-transistors, il-kunsiderazzjonijiet ekonomiċi għandhom it-tendenza li jimbuttaw l-apparati fotoniċi biex jiġu manifatturati 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 jinkiseb l-aħjar prestazzjoni tal-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 taffettwa s-sistema kollha.
Sfida:
1, telf ta' interkonnessjoni: Il-konnessjoni barra miċ-ċippa tintroduċi telf addizzjonali tas-sinjal u tista' teħtieġ proċeduri kumplessi ta' allinjament.
2, kumplessità u daqs akbar: Il-komponenti individwali jeħtieġu imballaġġ u interkonnessjonijiet addizzjonali, li jirriżultaw f'daqsijiet akbar u potenzjalment spejjeż ogħla.
3, konsum ogħla ta' enerġija: Mogħdijiet tas-sinjali itwal u ppakkjar addizzjonali jistgħu jżidu r-rekwiżiti tal-enerġija meta mqabbla mal-integrazzjoni monolitika.
Konklużjoni:
L-għażla bejn l-integrazzjoni monolitika u dik b'ħafna ċippijiet tiddependi fuq ir-rekwiżiti speċifiċi għall-applikazzjoni, inklużi l-għanijiet tal-prestazzjoni, ir-restrizzjonijiet tad-daqs, il-kunsiderazzjonijiet tal-ispejjeż, u l-maturità tat-teknoloġija. Minkejja l-kumplessità tal-manifattura, l-integrazzjoni monolitika hija vantaġġuża għal applikazzjonijiet li jeħtieġu minjaturizzazzjoni estrema, konsum baxx ta' enerġija, u trasmissjoni tad-dejta b'veloċità għolja. Minflok, l-integrazzjoni b'ħafna ċippijiet toffri flessibbiltà akbar fid-disinn u tutilizza l-kapaċitajiet ta' manifattura eżistenti, u tagħmilha adattata għal applikazzjonijiet fejn dawn il-fatturi jegħlbu l-benefiċċji ta' integrazzjoni aktar stretta. Hekk kif ir-riċerka timxi 'l quddiem, qed jiġu esplorati wkoll approċċi ibridi li jikkombinaw elementi taż-żewġ strateġiji biex jottimizzaw il-prestazzjoni tas-sistema filwaqt li jimmitigaw l-isfidi assoċjati ma' kull approċċ.
Ħin tal-posta: 08 ta' Lulju 2024