Optoelektronika integriĝmetodo

Optoelektronikaintegriĝmetodo

La integriĝo defotonikokaj elektroniko estas ŝlosila paŝo en plibonigado de la kapabloj de informprilaboraj sistemoj, ebligante pli rapidajn datumtransigajn rapidojn, pli malaltan energikonsumon kaj pli kompaktajn aparatdezajnojn, kaj malfermante grandegajn novajn ŝancojn por sistemdezajno. Integriĝmetodoj estas ĝenerale dividitaj en du kategoriojn: monolita integriĝo kaj plurĉipa integriĝo.

Monolita integriĝo
Monolita integriĝo implikas fabrikadon de fotonikaj kaj elektronikaj komponantoj sur la sama substrato, kutime uzante kongruajn materialojn kaj procezojn. Ĉi tiu aliro celas krei senjuntan interfacon inter lumo kaj elektro ene de ununura ĉipo.
Avantaĝoj:
1. Redukti interkonektajn perdojn: Lokigi fotonojn kaj elektronikajn komponantojn proksime minimumigas signalperdojn asociitajn kun ekster-ĉipaj konektoj.
2, Plibonigita rendimento: Pli strikta integriĝo povas konduki al pli rapidaj datumtransigaj rapidoj pro pli mallongaj signalvojoj kaj reduktita latenteco.
3, Pli malgranda grandeco: Monolita integriĝo ebligas tre kompaktajn aparatojn, kio estas precipe utila por spaclimigitaj aplikoj, kiel datencentroj aŭ porteblaj aparatoj.
4, redukti energikonsumon: forigi la bezonon de apartaj pakaĵoj kaj longdistancaj interkonektoj, kio povas signife redukti energipostulojn.
Defio:
1) Materiala kongruo: Trovi materialojn, kiuj subtenas kaj altkvalitajn elektronojn kaj fotonajn funkciojn, povas esti malfacila, ĉar ili ofte postulas malsamajn ecojn.
2, proceza kongruo: Integri la diversajn fabrikadajn procezojn de elektroniko kaj fotonoj sur la sama substrato sen degradi la rendimenton de iu ajn komponanto estas kompleksa tasko.
4, Kompleksa fabrikado: La alta precizeco bezonata por elektronikaj kaj fotonaj strukturoj pliigas la kompleksecon kaj koston de fabrikado.

Plurĉipa integriĝo
Ĉi tiu aliro permesas pli grandan flekseblecon en elektado de materialoj kaj procezoj por ĉiu funkcio. En ĉi tiu integriĝo, la elektronikaj kaj fotonaj komponantoj venas de malsamaj procezoj kaj poste estas kunmetitaj kune kaj metitaj sur komunan pakaĵon aŭ substraton (Figuro 1). Nun ni listigu la ligreĝimojn inter optoelektronikaj ĉipoj. Rekta ligado: Ĉi tiu tekniko implikas la rektan fizikan kontakton kaj ligadon de du ebenaj surfacoj, kutime faciligita per molekulaj ligfortoj, varmo kaj premo. Ĝi havas la avantaĝon de simpleco kaj eble tre malalt-perdaj konektoj, sed postulas precize vicigitajn kaj purajn surfacojn. Fibro/krado-kuplado: En ĉi tiu skemo, la fibro aŭ fibra aro estas vicigita kaj ligita al la rando aŭ surfaco de la fotona ĉipo, permesante al lumo esti kuplita en kaj el la ĉipo. La krado ankaŭ povas esti uzata por vertikala kuplado, plibonigante la efikecon de la lumtransdono inter la fotona ĉipo kaj la ekstera fibro. Tra-siliciaj truoj (TSV-oj) kaj mikro-tuberoj: Tra-siliciaj truoj estas vertikalaj interkonektoj tra silicia substrato, permesante al la ĉipoj esti stakigitaj en tri dimensioj. Kombinite kun mikrokonveksaj punktoj, ili helpas atingi elektrajn konektojn inter elektronikaj kaj fotonaj ĉipoj en staplitaj konfiguracioj, taŭgaj por alt-denseca integriĝo. Optika peranta tavolo: La optika peranta tavolo estas aparta substrato enhavanta optikajn ondgvidilojn, kiuj servas kiel peranto por direkti optikajn signalojn inter ĉipoj. Ĝi permesas precizan vicigon kaj plian pasivan...optikaj komponantojpovas esti integrita por pliigita fleksebleco de konekto. Hibrida ligado: Ĉi tiu altnivela ligteknologio kombinas rektan ligadon kaj mikro-tuberan teknologion por atingi alt-densecajn elektrajn konektojn inter ĉipoj kaj altkvalitaj optikaj interfacoj. Ĝi estas precipe promesplena por alt-efikeca optoelektronika ko-integriĝo. Lutaĵa tuberligado: Simile al renversita ĉip-ligado, lutaĵaj tuberoj estas uzataj por krei elektrajn konektojn. Tamen, en la kunteksto de optoelektronika integriĝo, speciala atento devas esti donita al evitado de difekto al fotonaj komponantoj kaŭzita de termika streso kaj konservado de optika vicigo.

Figuro 1: Elektron/fotono peceto-al-peceta ligoskemo

La avantaĝoj de ĉi tiuj aliroj estas signifaj: Dum la CMOS-mondo daŭre sekvas plibonigojn en la Leĝo de Moore, estos eble rapide adapti ĉiun generacion de CMOS aŭ Bi-CMOS al malmultekosta silicia fotonika peceto, rikoltante la avantaĝojn de la plej bonaj procezoj en fotoniko kaj elektroniko. Ĉar fotoniko ĝenerale ne postulas la fabrikadon de tre malgrandaj strukturoj (ŝlosilgrandecoj de ĉirkaŭ 100 nanometroj estas tipaj) kaj aparatoj estas grandaj kompare kun transistoroj, ekonomiaj konsideroj tendencos puŝi fotonikajn aparatojn esti fabrikitaj en aparta procezo, apartigita de iu ajn progresinta elektroniko necesa por la fina produkto.
Avantaĝoj:
1, fleksebleco: Malsamaj materialoj kaj procezoj povas esti uzataj sendepende por atingi la plej bonan rendimenton de elektronikaj kaj fotonaj komponantoj.
2, proceza matureco: la uzo de maturaj fabrikadaj procezoj por ĉiu komponanto povas simpligi produktadon kaj redukti kostojn.
3, Pli facila ĝisdatigo kaj bontenado: La apartigo de komponantoj permesas pli facile anstataŭigi aŭ ĝisdatigi individuajn komponantojn sen influi la tutan sistemon.
Defio:
1, interkonekta perdo: La eksterĉipa konekto enkondukas plian signalperdon kaj povas postuli kompleksajn vicigprocedurojn.
2, pliigita komplekseco kaj grandeco: Individuaj komponantoj postulas pliajn enpakojn kaj interkonektojn, rezultante en pli grandaj grandecoj kaj eble pli altaj kostoj.
3, pli alta energikonsumo: Pli longaj signalvojoj kaj plia enpakado povas pliigi la energipostulojn kompare kun monolita integriĝo.
Konkludo:
La elekto inter monolita kaj plurĉipa integriĝo dependas de aplikaĵ-specifaj postuloj, inkluzive de rendimentaj celoj, grandeclimigoj, kostaj konsideroj kaj teknologia matureco. Malgraŭ fabrikada komplekseco, monolita integriĝo estas avantaĝa por aplikoj, kiuj postulas ekstreman miniaturigon, malaltan energikonsumon kaj altrapidan datumtransdonon. Anstataŭe, plurĉipa integriĝo ofertas pli grandan dezajnan flekseblecon kaj utiligas ekzistantajn fabrikadajn kapablojn, igante ĝin taŭga por aplikoj, kie ĉi tiuj faktoroj superpezas la avantaĝojn de pli strikta integriĝo. Dum esplorado progresas, hibridaj aliroj, kiuj kombinas elementojn de ambaŭ strategioj, ankaŭ estas esplorataj por optimumigi sisteman rendimenton, samtempe mildigante la defiojn asociitajn kun ĉiu aliro.