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 ta' data aktar mgħaġġla, konsum ta 'enerġija aktar baxx u disinji ta' apparat aktar kompatti, u tiftaħ opportunitajiet ġodda enormi għad-disinn tas-sistema. Metodi ta 'integrazzjoni huma ġeneralment maqsuma f'żewġ kategoriji: integrazzjoni monolitika u integrazzjoni multi-chip.

Integrazzjoni monolitika
L-integrazzjoni monolitika tinvolvi l-manifattura ta 'komponenti fotoniċi u elettroniċi fuq l-istess substrat, 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. Naqqas it-telf ta 'interkonnessjoni: It-tqegħid ta' fotoni u komponenti elettroniċi fil-viċin jimminimizza t-telf tas-sinjal assoċjat ma 'konnessjonijiet off-chip.
2, Prestazzjoni mtejba: Integrazzjoni aktar stretta tista 'twassal għal veloċitajiet ta' trasferiment ta 'dejta aktar mgħaġġla minħabba mogħdijiet iqsar tas-sinjali u latenza mnaqqsa.
3, Daqs iżgħar: L-integrazzjoni monolitika tippermetti apparati kompatti ħafna, li huwa partikolarment ta 'benefiċċju għal applikazzjonijiet limitati fl-ispazju, bħal ċentri tad-dejta jew apparat li jinżamm 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-materjal: Is-sejba ta 'materjali li jappoġġjaw kemm elettroni ta' kwalità għolja kif ukoll funzjonijiet fotoniċi tista 'tkun ta' sfida minħabba li ħafna drabi jeħtieġu proprjetajiet differenti.
2, kompatibilità tal-proċess: L-integrazzjoni tal-proċessi ta 'manifattura differenti ta' l-elettronika u l-fotoni fuq l-istess substrat mingħajr ma tiddegrada l-prestazzjoni ta 'kwalunkwe komponent wieħed hija kompitu kumpless.
4, Manifattura kumplessa: Il-preċiżjoni għolja meħtieġa għal strutturi elettroniċi u fotoniċi żżid il-kumplessità u l-ispiża tal-manifattura.

Integrazzjoni multi-ċippa
Dan l-approċċ jippermetti flessibilità akbar fl-għażla tal-materjali u l-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 lista l-modi ta 'rbit bejn ċipep optoelettroniċi. Twaħħil dirett: Din it-teknika tinvolvi l-kuntatt fiżiku dirett u t-twaħħil 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 jeħtieġ uċuħ allineati b'mod preċiż u nodfa. Akkoppjar tal-fibra/ħakk: F'din l-iskema, il-fibra jew l-array tal-fibra hija allinjata u mwaħħla 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, ittejjeb l-effiċjenza tat-trasmissjoni tad-dawl bejn iċ-ċippa fotonika u l-fibra esterna. Toqob permezz tas-silikonju (TSVs) u mikro-ħotob: Toqob permezz tas-silikonju huma interkonnessjonijiet vertikali permezz ta 'sottostrat tas-silikon, li jippermettu li ċ-ċipep jiġu f'munzelli fi tliet dimensjonijiet. Flimkien ma 'punti mikro-konvessi, 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-rotta ta 'sinjali ottiċi bejn iċ-ċipep. Jippermetti allinjament preċiż, u passiv addizzjonalikomponenti ottiċijistgħu jiġu integrati għal aktar flessibilità tal-konnessjoni. Twaħħil ibridu: Din it-teknoloġija avvanzata ta 'twaħħil tgħaqqad teknoloġija ta' twaħħil dirett u mikro-bump biex tikseb konnessjonijiet elettriċi ta 'densità għolja bejn ċipep u interfaces ottiċi ta' kwalità għolja. Huwa partikolarment promettenti għal kointegrazzjoni optoelettronika ta 'prestazzjoni għolja. It-twaħħil tal-bump tal-istann: Simili għat-twaħħil tal-flip chip, il-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 kkawżata minn stress termali u jinżamm allinjament ottiku.

Figura 1: : Skema tat-twaħħil taċ-ċippa ma 'l-elettron/foton

Il-benefiċċji ta’ dawn l-approċċi huma sinifikanti: Hekk kif id-dinja tas-CMOS tkompli ssegwi titjib fil-Liġi ta’ Moore, ikun possibbli li kull ġenerazzjoni ta’ CMOS jew Bi-CMOS tiġi adattata malajr għal ċippa fotonika tas-silikon irħisa, li taħsad il-benefiċċji tal-aħjar proċessi f’ fotonika u 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 ma’ transistors, konsiderazzjonijiet ekonomiċi għandhom it-tendenza li jimbuttaw apparati fotoniċi biex jiġu manifatturati fi proċess separat, separat minn kwalunkwe avvanzat. elettronika 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 komponenti individwali jiġu sostitwiti jew imtejba aktar faċilment mingħajr ma taffettwa s-sistema kollha.
Sfida:
1, telf ta 'interkonnessjoni: Il-konnessjoni off-chip tintroduċi telf ta' sinjal addizzjonali u tista 'teħtieġ proċeduri ta' allinjament kumplessi.
2, kumplessità u daqs akbar: Komponenti individwali jeħtieġu ippakkjar u interkonnessjonijiet addizzjonali, li jirriżultaw f'daqsijiet akbar u spejjeż potenzjalment ogħla.
3, konsum ta 'enerġija ogħla: Mogħdijiet tas-sinjali itwal u ippakkjar addizzjonali jistgħu jżidu r-rekwiżiti tal-enerġija meta mqabbla mal-integrazzjoni monolitika.
Konklużjoni:
L-għażla bejn integrazzjoni monolitika u multi-chip tiddependi fuq rekwiżiti speċifiċi għall-applikazzjoni, inklużi miri ta 'prestazzjoni, restrizzjonijiet ta' daqs, konsiderazzjonijiet ta 'spejjeż, u 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 ta' data b'veloċità għolja. Minflok, l-integrazzjoni multi-chip toffri flessibbiltà akbar tad-disinn u tutilizza kapaċitajiet ta 'manifattura eżistenti, li 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 jgħaqqdu elementi taż-żewġ strateġiji biex jottimizzaw il-prestazzjoni tas-sistema filwaqt li jtaffu l-isfidi assoċjati ma' kull approċċ.