ОптоелектронскиМетода интеграције
ИнтеграцијафотоникА Електроника је кључни корак у побољшању способности система за обраду информација, што омогућава брже стопе преноса података, нижим потрошњи енергије и компактним дизајном уређаја и отварање огромних нових могућности за дизајн система. Методе интеграције су углавном подељене у две категорије: монолитну интеграцију и интеграцију више чипа.
Монолитска интеграција
Монолитни интеграција укључује производњу фотонски и електронских компоненти на истој подлогу, обично користе компатибилне материјале и процесе. Овај приступ се фокусира на стварање бешавног интерфејса између светлости и електричне енергије унутар једног чипа.
Предности:
1. Смањите губитке у вези са повезивањем: постављање фотона и електронских компоненти у непосредној близини, минимизира губитке сигнала повезаних са искључивим везама.
2, побољшани перформансе: чвршће интеграција може довести до брже брзине преноса података због краћих сигнала и смањене латенције.
3, мања величина: монолитни интеграција омогућава високо компакт уређаја, што је посебно корисно за примене ограничених простора, попут преносних центара или ручни уређаји.
4, Смањите потрошњу енергије: Елиминишите потребу за одвојеним пакетима и међусобно повезивање на дуже релације, што значајно може да смањи захтеве снаге.
Изазов:
1) Компатибилност материјала: Проналажење материјала који подржавају и висококвалитетне електроне и фотонски функција могу бити изазовне јер често захтевају различита својства.
2, компатибилност процеса: Интегрисање различитих производних процеса електронике и фотона на истој подлогу без понижавања перформанси било које компоненте је сложен задатак.
4, Сложена производња: Висока прецизност потребна за електронске и фотононске структуре повећава сложеност и трошкове производње.
Мулти-Цхип интеграција
Овај приступ омогућава већу флексибилност у одабиру материјала и процеса за сваку функцију. У овој интеграцији, електронски и фотонски компоненти долазе из различитих процеса и затим се састају заједно и постављају се на заједнички пакет или подлогу (Слика 1). Сада да набројимо начине везивања између оптоелектронских чипова. Директно повезивање: Ова техника укључује директан физички контакт и лепљење две радне површине, обично олакшане молекуларним силама, топлотом и притиском. Има предности једноставности и потенцијално врло ниске везе за губитак, али захтева прецизно усклађене и чисте површине. Спајање влакна / решетка: У овој шеми, низ влакана или влакна је поравнати и везан на ивицу или површину фотонски чипова, омогућавајући да се светло повезује у и излив. Грипање се такође може користити за вертикално спајање, побољшање ефикасности преноса светлости између фотоничког чипа и спољних влакана. Кроз силицијумске рупе (ТСВС) и микро-избочине: кроз силицијумске рупе су вертикални међусобно повезани кроз силицијумску подлогу, омогућавајући да се чипови поставе у три димензије. У комбинацији са микро-конвексним бодовима, они помажу да се постигну електричне везе између електронских и фотонски чипова у слагање конфигурацијама, погодним за интеграцију велике густине. Оптички посреднички слој: оптички посреднички слој је засебан супстрат који садржи оптичке таласне валове који служе као посредник за усмеравање оптичких сигнала између чипова. Омогућује прецизно поравнавање и додатни пасиванОптичке компонентеМоже се интегрирати за већу флексибилност везе. Хибридно лепљење: Ова напредна технологија везања комбинује директно лепљење и микро-Бумп технологију за постизање електричних прикључака високе густине између чипова и висококвалитетних оптичких интерфејса. Посебно је обећавајући за оптоелектронски ко-интеграцију високог перформанси. Лелдер Бумп Лепљење: Слично за лепљење чипова, лемљења се користе за креирање електричних прикључака. Међутим, у контексту оптоелектронске интеграције, посебна пажња се мора посветити избегавању оштећења на фотонским компонентама изазваним термичким стресом и одржавањем оптичког поравнања.
Слика 1 :: Елецтрон / Пхотоон Цхип-То-Цхип-Цхип Схема лепљења
Предности ових приступа су значајне: како свет ЦМОС и даље прати побољшања у Моореовом закону, биће могуће брзо прилагодити сваку генерацију ЦМОС-а или БИ-ЦМОС-а на јефтини силицијум фотонични чип, искориштавајући предности најбољих процеса у фотонику и електронику. Пошто је фотоника углавном не захтевају израду врло малих грађевина (кључне величине око 100 нанометара је типично), а уређаји су велики у поређењу са транзисторима, економска разматрања ће тенденција да потичу фотоничне уређаје да би се произвели у посебном процесу, одвојеном од било које напредне електронике потребне за коначни производ.
Предности:
1, флексибилност: различити материјали и процеси могу се користити независно за постизање најбољих перформанси електронских и фотонски компоненти.
2, зрелост процеса: употреба зрелих производних процеса за сваку компоненту може поједноставити производњу и смањити трошкове.
3, лакша надоградња и одржавање: Одвајање компоненти омогућава да се појединачне компоненте замјењују или лакше замене без утицаја на цео систем.
Изазов:
1, губитак међусобно повезивање: Офф-Цхип веза уводи додатни губитак сигнала и може захтевати сложене поступке усклађивања.
2, повећана сложеност и величина: Појединачне компоненте захтевају додатну амбалажу и међусобно повезане, што резултира већим величинама и потенцијално већим трошковима.
3, већа потрошња електричне енергије: дуже стазе сигнала и додатна амбалажа могу повећати захтеве за напајање у поређењу са монолитном интеграцијом.
Закључак:
Одабир монолитних и вишеселијских интеграција зависи од захтева специфичних за примену, укључујући циљеве перформанси, ограничења величине, разматрања трошкова и рочности технологије. Упркос производној сложености, монолитна интеграција је повољна за апликације које захтевају екстремну минијатуризацију, малу потрошњу енергије и преношење података велике брзине. Уместо тога, интеграција са више чипа нуди већу флексибилност дизајна и користи постојеће производне могућности, што је чини погодним за апликације, где ови фактори превазилазе предности чвршће интеграције. Како истраживање напредује, хибридни приступи који се комбинирају елементи обе стратегије такође се истражују да оптимизирају перформансе система, док ублажавају изазове повезане са сваким приступом.
Вријеме поште: ЈУЛ-08-2024