Optoelektron integratsiya usuli

Optoelektronikintegratsiya usuli

ning integratsiyasifotonikva elektronika axborotni qayta ishlash tizimlarining imkoniyatlarini takomillashtirish, tezroq ma'lumotlarni uzatish tezligini, kamroq quvvat sarfini va yanada ixcham qurilmalar dizaynini ta'minlash va tizim dizayni uchun ulkan yangi imkoniyatlarni ochishda asosiy qadamdir. Integratsiya usullari odatda ikkita toifaga bo'linadi: monolitik integratsiya va ko'p chipli integratsiya.

Monolitik integratsiya
Monolitik integratsiya bir xil substratda fotonik va elektron komponentlarni ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi, odatda mos materiallar va jarayonlardan foydalanadi. Ushbu yondashuv bitta chip ichida yorug'lik va elektr o'rtasida uzluksiz interfeys yaratishga qaratilgan.
Afzalliklari:
1. O'zaro bog'lanish yo'qotishlarini kamaytirish: Fotonlar va elektron komponentlarni yaqin joyda joylashtirish chipdan tashqari ulanishlar bilan bog'liq signal yo'qotishlarini kamaytiradi.
2, Yaxshilangan ishlash: Qattiqroq integratsiya qisqaroq signal yo'llari va kam kechikish tufayli tezroq ma'lumotlarni uzatish tezligiga olib kelishi mumkin.
3, Kichikroq o'lcham: Monolitik integratsiya juda ixcham qurilmalarga imkon beradi, bu ma'lumotlar markazlari yoki qo'l qurilmalari kabi makon cheklangan ilovalar uchun ayniqsa foydalidir.
4, quvvat sarfini kamaytiring: alohida paketlar va uzoq masofali o'zaro ulanishlarga bo'lgan ehtiyojni bartaraf qiling, bu esa quvvat talablarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.
Qiyinchilik:
1) Materiallar muvofiqligi: Yuqori sifatli elektronlar va fotonik funktsiyalarni qo'llab-quvvatlaydigan materiallarni topish qiyin bo'lishi mumkin, chunki ular ko'pincha turli xususiyatlarni talab qiladi.
2, jarayonning muvofiqligi: Har qanday komponentning ishlashini kamaytirmasdan, bir xil substratda elektronika va fotonlarning turli ishlab chiqarish jarayonlarini integratsiya qilish murakkab vazifadir.
4, Kompleks ishlab chiqarish: Elektron va fotononik tuzilmalar uchun zarur bo'lgan yuqori aniqlik ishlab chiqarishning murakkabligi va narxini oshiradi.

Ko'p chipli integratsiya
Ushbu yondashuv har bir funktsiya uchun materiallar va jarayonlarni tanlashda ko'proq moslashuvchanlikni ta'minlaydi. Ushbu integratsiyada elektron va fotonik komponentlar turli jarayonlardan kelib chiqadi va keyin birga yig'iladi va umumiy paket yoki substratga joylashtiriladi (1-rasm). Keling, optoelektronik chiplar orasidagi bog'lanish rejimlarini sanab o'tamiz. To'g'ridan-to'g'ri bog'lanish: Bu usul to'g'ridan-to'g'ri jismoniy aloqa va ikkita planar sirtni bog'lashni o'z ichiga oladi, odatda molekulyar bog'lanish kuchlari, issiqlik va bosim bilan osonlashtiriladi. Bu oddiylik va potentsial juda kam yo'qotishli ulanishlarning afzalliklariga ega, lekin aniq tekislangan va toza yuzalarni talab qiladi. Elyaf / panjara ulanishi: Ushbu sxemada tolalar yoki tolalar qatori hizalanadi va fotonik chipning chetiga yoki yuzasiga bog'lanadi, bu yorug'likni chipning ichiga va tashqarisiga ulash imkonini beradi. Panjara vertikal ulanish uchun ham ishlatilishi mumkin, bu fotonik chip va tashqi tola o'rtasida yorug'lik o'tkazish samaradorligini oshiradi. Silikon teshiklari (TSV) va mikro-bo'shliqlar: Kremniy teshiklari silikon substrat orqali vertikal o'zaro bog'langan bo'lib, chiplarni uch o'lchamda joylashtirish imkonini beradi. Mikro-konveks nuqtalari bilan birgalikda ular yuqori zichlikdagi integratsiyaga mos keladigan yig'ilgan konfiguratsiyalarda elektron va fotonik chiplar o'rtasida elektr aloqalariga erishishga yordam beradi. Optik vositachi qatlam: Optik vositachi qatlam - bu chiplar orasidagi optik signallarni yo'naltirish uchun vositachi bo'lib xizmat qiluvchi optik to'lqin o'tkazgichlarni o'z ichiga olgan alohida substrat. Bu aniq hizalanish va qo'shimcha passivlik imkonini beradioptik komponentlarulanishning moslashuvchanligini oshirish uchun birlashtirilishi mumkin. Gibrid bog'lash: Ushbu ilg'or bog'lash texnologiyasi chiplar va yuqori sifatli optik interfeyslar o'rtasida yuqori zichlikdagi elektr ulanishlariga erishish uchun to'g'ridan-to'g'ri bog'lash va mikro-bump texnologiyasini birlashtiradi. Bu, ayniqsa, yuqori samarali optoelektronik kointegratsiya uchun istiqbolli. Lehim bilan bog'lash: Flip chip bog'lash kabi, lehim zarbalari elektr ulanishlarini yaratish uchun ishlatiladi. Biroq, optoelektronik integratsiya kontekstida termal stress tufayli fotonik komponentlarga zarar etkazmaslik va optik moslashuvni saqlashga alohida e'tibor berilishi kerak.

1-rasm: : Elektron/foton chipdan chipga ulanish sxemasi

Ushbu yondashuvlarning afzalliklari juda katta: CMOS dunyosi Mur qonunidagi yaxshilanishlarni kuzatishda davom etar ekan, CMOS yoki Bi-CMOS ning har bir avlodini arzon silikon fotonik chipga tezda moslashtirish mumkin bo'ladi. fotonika va elektronika. Fotonika odatda juda kichik tuzilmalarni ishlab chiqarishni talab qilmaydi (taxminan 100 nanometrli asosiy o'lchamlar odatiy) va qurilmalar tranzistorlar bilan solishtirganda katta bo'lganligi sababli, iqtisodiy jihatlar fotonik qurilmalarni har qanday ilg'or qurilmalardan ajratilgan alohida jarayonda ishlab chiqarishga majbur qiladi. yakuniy mahsulot uchun zarur bo'lgan elektronika.
Afzalliklari:
1, moslashuvchanlik: Elektron va fotonik komponentlarning eng yaxshi ishlashiga erishish uchun turli materiallar va jarayonlar mustaqil ravishda ishlatilishi mumkin.
2, jarayonning etukligi: har bir komponent uchun etuk ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalanish ishlab chiqarishni soddalashtirishi va xarajatlarni kamaytirishi mumkin.
3, oson yangilash va texnik xizmat ko'rsatish: Komponentlarni ajratish alohida komponentlarni butun tizimga ta'sir qilmasdan osonroq almashtirish yoki yangilash imkonini beradi.
Qiyinchilik:
1, o'zaro bog'lanish yo'qolishi: Chipdan tashqari ulanish qo'shimcha signal yo'qotilishini keltirib chiqaradi va murakkab hizalama protseduralarini talab qilishi mumkin.
2, murakkablik va o'lchamning oshishi: Alohida komponentlar qo'shimcha qadoqlash va o'zaro bog'lanishlarni talab qiladi, bu esa kattaroq o'lchamlarga va potentsial yuqori xarajatlarga olib keladi.
3, yuqori quvvat iste'moli: Uzunroq signal yo'llari va qo'shimcha qadoqlash monolitik integratsiyaga nisbatan quvvat talablarini oshirishi mumkin.
Xulosa:
Monolit va ko'p chipli integratsiyani tanlash dasturga xos talablarga, jumladan, ishlash maqsadlari, o'lchamdagi cheklovlar, xarajatlarni hisobga olish va texnologiyaning etukligiga bog'liq. Ishlab chiqarishning murakkabligiga qaramay, monolit integratsiya o'ta miniatyuralashtirish, kam quvvat iste'moli va yuqori tezlikda ma'lumotlarni uzatishni talab qiladigan ilovalar uchun foydalidir. Buning o'rniga, ko'p chipli integratsiya ko'proq dizayn moslashuvchanligini taklif qiladi va mavjud ishlab chiqarish imkoniyatlaridan foydalanadi, bu esa bu omillar qattiqroq integratsiyaning afzalliklaridan ustun bo'lgan ilovalar uchun mos keladi. Tadqiqotlar davom etar ekan, har bir yondashuv bilan bog'liq muammolarni yumshatish bilan birga tizim ish faoliyatini optimallashtirish uchun ikkala strategiyaning elementlarini birlashtirgan gibrid yondashuvlar ham o'rganilmoqda.