ოპტოელექტრონული ინტეგრაციის მეთოდი

ოპტოელექტრონულიინტეგრაციის მეთოდი

-ის ინტეგრაციაფოტონიკადა ელექტრონიკა არის საკვანძო ნაბიჯი ინფორმაციის დამუშავების სისტემების შესაძლებლობების გასაუმჯობესებლად, მონაცემთა გადაცემის უფრო სწრაფი სიჩქარის, ენერგიის დაბალი მოხმარების და უფრო კომპაქტური მოწყობილობების დიზაინის და სისტემის დიზაინის უზარმაზარი ახალი შესაძლებლობების გახსნის საშუალებას. ინტეგრაციის მეთოდები ზოგადად იყოფა ორ კატეგორიად: მონოლითური ინტეგრაცია და მრავალჩიპური ინტეგრაცია.

მონოლითური ინტეგრაცია
მონოლითური ინტეგრაცია გულისხმობს ფოტონიკური და ელექტრონული კომპონენტების წარმოებას იმავე სუბსტრატზე, როგორც წესი, თავსებადი მასალებისა და პროცესების გამოყენებით. ეს მიდგომა ორიენტირებულია უწყვეტი ინტერფეისის შექმნაზე შუქსა და ელექტროენერგიას შორის ერთი ჩიპის ფარგლებში.
უპირატესობები:
1. შეამცირეთ ურთიერთკავშირის დანაკარგები: ფოტონების და ელექტრონული კომპონენტების სიახლოვეს განთავსება ამცირებს სიგნალის დანაკარგებს, რომლებიც დაკავშირებულია ჩიპგარეშე კავშირებთან.
2, გაუმჯობესებული შესრულება: უფრო მჭიდრო ინტეგრაციამ შეიძლება გამოიწვიოს მონაცემთა გადაცემის უფრო სწრაფი სიჩქარე სიგნალის მოკლე ბილიკის და შემცირებული შეყოვნების გამო.
3, უფრო მცირე ზომა: მონოლითური ინტეგრაცია იძლევა მაღალ კომპაქტურ მოწყობილობებს, რაც განსაკუთრებით სასარგებლოა სივრცეში შეზღუდული აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა მონაცემთა ცენტრები ან ხელის მოწყობილობები.
4, შეამცირეთ ენერგიის მოხმარება: აღმოფხვრა ცალკეული პაკეტების და შორ მანძილზე ურთიერთკავშირების საჭიროება, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ენერგიის მოთხოვნები.
გამოწვევა:
1) მასალების თავსებადობა: მასალების პოვნა, რომლებიც მხარს უჭერენ როგორც მაღალი ხარისხის ელექტრონებს, ასევე ფოტონიკურ ფუნქციებს, შეიძლება რთული იყოს, რადგან ისინი ხშირად საჭიროებენ განსხვავებულ თვისებებს.
2, პროცესის თავსებადობა: ელექტრონიკის და ფოტონების სხვადასხვა წარმოების პროცესების ინტეგრირება ერთსა და იმავე სუბსტრატზე რომელიმე კომპონენტის მუშაობის დაქვეითების გარეშე რთული ამოცანაა.
4, კომპლექსური წარმოება: ელექტრონული და ფოტონონიკური სტრუქტურებისთვის საჭირო მაღალი სიზუსტე ზრდის წარმოების სირთულეს და ღირებულებას.

მრავალ ჩიპის ინტეგრაცია
ეს მიდგომა იძლევა უფრო მეტ მოქნილობას თითოეული ფუნქციისთვის მასალებისა და პროცესების შერჩევისას. ამ ინტეგრაციისას, ელექტრონული და ფოტონიკური კომპონენტები წარმოიქმნება სხვადასხვა პროცესებიდან და შემდეგ იკრიბება ერთად და მოთავსებულია საერთო შეფუთვაზე ან სუბსტრატზე (სურათი 1). ახლა მოდით ჩამოვთვალოთ ოპტოელექტრონულ ჩიპებს შორის კავშირის რეჟიმები. პირდაპირი შეკავშირება: ეს ტექნიკა გულისხმობს ორი პლანშეტური ზედაპირის პირდაპირ ფიზიკურ კონტაქტს და შეკავშირებას, რასაც ჩვეულებრივ ხელს უწყობს მოლეკულური შემაკავშირებელი ძალები, სითბო და წნევა. მას აქვს სიმარტივის და პოტენციურად ძალიან დაბალი დანაკარგის კავშირების უპირატესობა, მაგრამ მოითხოვს ზუსტად გასწორებულ და სუფთა ზედაპირებს. ბოჭკოვანი/ღეროვანი შეერთება: ამ სქემაში, ბოჭკოვანი ან ბოჭკოვანი მასივი გასწორებულია და მიბმულია ფოტონიკური ჩიპის კიდესთან ან ზედაპირთან, რაც საშუალებას აძლევს სინათლის შეერთებას ჩიპში და მის გარეთ. ბადე ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ვერტიკალური შეერთებისთვის, რაც აუმჯობესებს სინათლის გადაცემის ეფექტურობას ფოტონიკურ ჩიპსა და გარე ბოჭკოს შორის. სილიკონის ხვრელები (TSV) და მიკრო მუწუკები: სილიკონის ხვრელები ვერტიკალური ურთიერთდაკავშირებაა სილიკონის სუბსტრატის მეშვეობით, რაც ჩიპების სამ განზომილებაში დაწყობის საშუალებას იძლევა. მიკრო ამოზნექილ წერტილებთან ერთად, ისინი ხელს უწყობენ ელექტრული კავშირების მიღწევას ელექტრონულ და ფოტონიკურ ჩიპებს შორის დაწყობილ კონფიგურაციებში, რომლებიც შესაფერისია მაღალი სიმკვრივის ინტეგრაციისთვის. ოპტიკური შუამავალი ფენა: ოპტიკური შუამავალი ფენა არის ცალკე სუბსტრატი, რომელიც შეიცავს ოპტიკურ ტალღის გამტარებს, რომლებიც შუამავალს ემსახურება ჩიპებს შორის ოპტიკური სიგნალების მარშრუტიზაციისთვის. ეს საშუალებას იძლევა ზუსტი გასწორება და დამატებითი პასიურიოპტიკური კომპონენტებიშეიძლება იყოს ინტეგრირებული კავშირის გაზრდილი მოქნილობისთვის. ჰიბრიდული შემაკავშირებელი: ეს მოწინავე შემაკავშირებელი ტექნოლოგია აერთიანებს პირდაპირ შემაკავშირებელ და მიკრო-დარტყმის ტექნოლოგიას ჩიპებსა და მაღალი ხარისხის ოპტიკურ ინტერფეისებს შორის მაღალი სიმკვრივის ელექტრო კავშირების მისაღწევად. ეს განსაკუთრებით პერსპექტიულია მაღალი ხარისხის ოპტოელექტრონული თანაინტეგრაციისთვის. გამაგრილებელი ჩიპის შემაკავშირებელი შემაერთებელი ჩიპების მსგავსად, ელექტრული კავშირების შესაქმნელად გამოიყენება სამაგრი მუწუკები. თუმცა, ოპტოელექტრონული ინტეგრაციის კონტექსტში განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს თერმული სტრესით გამოწვეული ფოტონიკური კომპონენტების დაზიანების თავიდან აცილებას და ოპტიკური განლაგების შენარჩუნებას.

სურათი 1: : ელექტრონი/ფოტონი ჩიპი-ჩიპთან შემაკავშირებელი სქემა

ამ მიდგომების სარგებელი მნიშვნელოვანია: რადგან CMOS სამყარო აგრძელებს მურის კანონის გაუმჯობესებას, შესაძლებელი იქნება CMOS-ის ან Bi-CMOS-ის თითოეული თაობის სწრაფად ადაპტირება იაფფასიან სილიკონის ფოტონიკურ ჩიპზე, რაც საუკეთესო პროცესების სარგებელს მიიღებს. ფოტონიკა და ელექტრონიკა. იმის გამო, რომ ფოტონიკა ზოგადად არ საჭიროებს ძალიან მცირე სტრუქტურების დამზადებას (ძირითადი ზომები დაახლოებით 100 ნანომეტრია) და მოწყობილობები დიდია ტრანზისტორებთან შედარებით, ეკონომიკური მოსაზრებები აიძულებს ფოტონიკური მოწყობილობების წარმოებას ცალკე პროცესში, განცალკევებული ნებისმიერი მოწინავე პროცესისგან. საბოლოო პროდუქტისთვის საჭირო ელექტრონიკა.
უპირატესობები:
1, მოქნილობა: სხვადასხვა მასალები და პროცესები შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამოუკიდებლად ელექტრონული და ფოტონიკური კომპონენტების საუკეთესო შესრულების მისაღწევად.
2, პროცესის სიმწიფე: სექსუალური წარმოების პროცესების გამოყენებამ თითოეული კომპონენტისთვის შეიძლება გაამარტივოს წარმოება და შეამციროს ხარჯები.
3, უფრო მარტივი განახლება და მოვლა: კომპონენტების განცალკევება საშუალებას იძლევა ცალკეული კომპონენტები შეიცვალოს ან განახლდეს უფრო მარტივად, მთელ სისტემაზე ზემოქმედების გარეშე.
გამოწვევა:
1, ურთიერთკავშირის დაკარგვა: ჩიპიდან გამოყვანილი კავშირი იწვევს დამატებით სიგნალის დაკარგვას და შეიძლება მოითხოვოს გასწორების რთული პროცედურები.
2, გაზრდილი სირთულე და ზომა: ცალკეული კომპონენტები საჭიროებენ დამატებით შეფუთვას და ურთიერთკავშირს, რაც გამოიწვევს უფრო დიდ ზომებს და პოტენციურად მაღალ ხარჯებს.
3, ენერგიის უფრო მაღალი მოხმარება: უფრო გრძელი სიგნალის ბილიკები და დამატებითი შეფუთვა შეიძლება გაზარდოს ენერგიის მოთხოვნილება მონოლითურ ინტეგრაციასთან შედარებით.
დასკვნა:
მონოლითურ და მრავალ ჩიპურ ინტეგრაციას შორის არჩევანი დამოკიდებულია აპლიკაციის სპეციფიკურ მოთხოვნებზე, მათ შორის შესრულების მიზნებზე, ზომის შეზღუდვებზე, ხარჯებზე და ტექნოლოგიის სიმწიფეზე. წარმოების სირთულის მიუხედავად, მონოლითური ინტეგრაცია ხელსაყრელია აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ უკიდურეს მინიატურიზაციას, ენერგიის დაბალ მოხმარებას და მონაცემთა გადაცემის მაღალ სიჩქარეს. სამაგიეროდ, მრავალჩიპიანი ინტეგრაცია გვთავაზობს დიზაინის უფრო მეტ მოქნილობას და იყენებს არსებულ წარმოების შესაძლებლობებს, რაც შესაფერისს ხდის აპლიკაციებისთვის, სადაც ეს ფაქტორები აჭარბებს უფრო მკაცრი ინტეგრაციის სარგებელს. კვლევის პროგრესირებასთან ერთად, ჰიბრიდული მიდგომები, რომლებიც აერთიანებს ორივე სტრატეგიის ელემენტებს, ასევე შესწავლილია სისტემის მუშაობის ოპტიმიზაციის მიზნით, ხოლო თითოეულ მიდგომასთან დაკავშირებული გამოწვევების შესამცირებლად.