Optoelektronskimetoda integracije
IntegracijafotonikaA Electronics je ključni korak u poboljšanju mogućnosti sustava za obradu informacija, omogućavajući brže stope prijenosa podataka, manju potrošnju energije i kompaktniji dizajn uređaja i otvaranje ogromnih novih mogućnosti za dizajn sustava. Metode integracije općenito su podijeljene u dvije kategorije: monolitna integracija i integracija multi-chip-a.
Monolitna integracija
Monolitna integracija uključuje proizvodnju fotonskih i elektroničkih komponenti na istoj podlozi, obično koristeći kompatibilne materijale i procese. Ovaj se pristup fokusira na stvaranje bešavnog sučelja između svjetla i električne energije unutar jednog čipa.
Prednosti:
1. Smanjite gubitke međusobne veze: Postavljanje fotona i elektroničkih komponenti u neposrednu blizinu minimizira gubitke signala povezane s vezama izvan čipa.
2, poboljšane performanse: Čvrsta integracija može dovesti do bržih brzina prijenosa podataka zbog kraćih signalnih putova i smanjene latencije.
3, Manja veličina: Monolitna integracija omogućuje visoko kompaktne uređaje, što je posebno korisno za aplikacije ograničene prostorom, poput podatkovnih centara ili ručnih uređaja.
4, Smanjite potrošnju energije: Uklonite potrebu za odvojenim paketima i međusobnim vezama na daljinu, što može značajno smanjiti zahtjeve za napajanjem.
Izazov:
1) Kompatibilnost materijala: Pronalaženje materijala koji podržavaju i visokokvalitetne elektrone i fotonske funkcije mogu biti izazovni jer često zahtijevaju različita svojstva.
2, Kompatibilnost procesa: Integriranje različitih proizvodnih procesa elektronike i fotona na isti supstrat bez degradiranja performansi bilo koje komponente složen je zadatak.
4, Složena proizvodnja: Visoka preciznost potrebna za elektroničke i fotononske strukture povećava složenost i troškove proizvodnje.
Integracija s više čipova
Ovaj pristup omogućava veću fleksibilnost u odabiru materijala i procesa za svaku funkciju. U ovoj integraciji, elektroničke i fotonske komponente dolaze iz različitih procesa, a zatim se sastavljaju zajedno i stavljaju na zajednički paket ili supstrat (Slika 1). Sada nabrojimo načine vezanja između optoelektronskih čipova. Izravno vezanje: Ova tehnika uključuje izravni fizički kontakt i vezanje dviju ravnih površina, obično olakšanih silama molekularne veze, toplinom i pritiskom. Prednost je jednostavnosti i potencijalno vrlo niskog gubitka, ali zahtijeva precizno usklađene i čiste površine. Spojanje vlakana/rešetke: U ovoj shemi, vlakno ili vlakno niz je poravnat i vezan na rub ili površinu fotonskog čipa, omogućavajući da se svjetlost spoji u čip i iz njega. Rešetka se također može koristiti za vertikalno spajanje, poboljšavajući učinkovitost prijenosa svjetlosti između fotonskog čipa i vanjskog vlakana. Prolazne rupe (TSV) i mikro-pampovi: prolazne rupe su vertikalne povezanosti kroz silikonski supstrat, što omogućava slaganje čipsa u tri dimenzije. U kombinaciji s mikro-konveksnim točkama pomažu u postizanju električnih veza između elektroničkih i fotonskih čipova u složenim konfiguracijama, pogodnim za integraciju visoke gustoće. Optički posrednički sloj: Optički posrednik sloj je zasebni supstrat koji sadrži optičke valovode koji služe kao posrednik za usmjeravanje optičkih signala između čipsa. Omogućuje precizno usklađivanje i dodatni pasivnioptičke komponentemože se integrirati za povećanu fleksibilnost veze. Hibridno vezivanje: Ova napredna tehnologija vezanja kombinira izravno vezivanje i tehnologiju mikro-gumba radi postizanja električnih veza visoke gustoće između čipova i visokokvalitetnih optičkih sučelja. Posebno je obećavajuće za optoelektronsku kointegraciju visoke performanse. Vezanje za lemljenje: Slično kao vezanje čipsa, naleti za lemljenje koriste se za stvaranje električnih veza. Međutim, u kontekstu optoelektronske integracije mora se posvetiti posebnoj pažnji da se izbjegne oštećenja fotonskih komponenti uzrokovanih toplinskim stresom i održavanjem optičkog poravnanja.
Slika 1 :: Shema vezivanja elektrona/fotona čip-čip
Prednosti ovih pristupa su značajne: Budući da svijet CMOS-a i dalje slijedi poboljšanja u Mooreovom zakonu, moguće je brzo prilagoditi svaku generaciju CMO-a ili bi-CMO-a na jeftini silikonski fotonski čip, iskorištavajući prednosti najboljih procesa u fotoniku i elektroniku. Budući da fotoničari uglavnom ne zahtijevaju izradu vrlo malih struktura (ključne veličine od oko 100 nanometara su tipične), a uređaji su veliki u usporedbi s tranzistorima, ekonomska razmatranja sklona su gurnuti fotonske uređaje koji će se proizvoditi u zasebnom procesu, odvojeni od bilo koje napredne elektronike potrebne za konačni proizvod.
Prednosti:
1, Fleksibilnost: Različiti materijali i procesi mogu se samostalno koristiti za postizanje najboljih performansi elektroničkih i fotonskih komponenti.
2, dospijeća procesa: Upotreba zrelih proizvodnih procesa za svaku komponentu može pojednostaviti proizvodnju i smanjiti troškove.
3, Lakša nadogradnja i održavanje: Odvajanje komponenti omogućava da se pojedinačne komponente lakše zamjenjuju ili nadograđuju bez utjecaja na cijeli sustav.
Izazov:
1, Gubitak međusobne veze: OFF-CHIP veza uvodi dodatni gubitak signala i može zahtijevati složene postupke usklađivanja.
2, Povećana složenost i veličina: Pojedinačne komponente zahtijevaju dodatno pakiranje i međusobne veze, što rezultira većim veličinama i potencijalno većim troškovima.
3, veća potrošnja energije: duži signalni putovi i dodatno pakiranje mogu povećati potrebe za napajanjem u usporedbi s monolitnom integracijom.
Zaključak:
Odabir između monolitne i multi-chip integracije ovisi o zahtjevima specifičnim za aplikaciju, uključujući ciljeve performansi, ograničenja veličine, razmatranja troškova i zrelost tehnologije. Unatoč složenosti proizvodnje, monolitna integracija povoljna je za aplikacije koje zahtijevaju ekstremnu minijaturizaciju, malu potrošnju energije i prijenos podataka velike brzine. Umjesto toga, integracija multi-chip nudi veću fleksibilnost dizajna i koristi postojeće proizvodne mogućnosti, što je prikladno za aplikacije gdje ti faktori nadmašuju prednosti čvršće integracije. Kako istraživanje napreduje, hibridni pristupi koji kombiniraju elemente obje strategije također se istražuju kako bi se optimizirala performanse sustava uz ublažavanje izazova povezanih sa svakim pristupom.
Post Vrijeme: srpanj-08-2024