Оптаэлектронныяметад інтэграцыі
Інтэграцыяфатонікаі электроніка з'яўляецца ключавым крокам у паляпшэнні магчымасцей сістэм апрацоўкі інфармацыі, што дазваляе паскорыць перадачу дадзеных, знізіць спажыванне энергіі і зрабіць прылады больш кампактнымі, а таксама адкрывае велізарныя новыя магчымасці для праектавання сістэм. Метады інтэграцыі звычайна падзяляюцца на дзве катэгорыі: маналітная інтэграцыя і шматчыпавая інтэграцыя.
Маналітная інтэграцыя
Маналітная інтэграцыя прадугледжвае вытворчасць фатонных і электронных кампанентаў на адной падкладцы, звычайна з выкарыстаннем сумяшчальных матэрыялаў і працэсаў. Гэты падыход сканцэнтраваны на стварэнні бясшвоўнага інтэрфейсу паміж святлом і электрычнасцю ў межах аднаго чыпа.
Перавагі:
1. Зніжэнне страт у міжзлучэннях: размяшчэнне фатонаў і электронных кампанентаў побач мінімізуе страты сігналу, звязаныя з пазачыпавымі злучэннямі.
2. Палепшаная прадукцыйнасць: больш цесная інтэграцыя можа прывесці да больш высокай хуткасці перадачы дадзеных дзякуючы карацейшым сігнальным шляхам і зніжэнню затрымкі.
3, Меншы памер: Маналітная інтэграцыя дазваляе ствараць вельмі кампактныя прылады, што асабліва выгадна для прымянення з абмежаванай прасторай, такіх як цэнтры апрацоўкі дадзеных або партатыўныя прылады.
4, зніжэнне спажывання энергіі: ліквідуецца неабходнасць у асобных корпусах і міжгародніх злучэннях, што можа значна знізіць патрабаванні да энергіі.
Задача:
1) Сумяшчальнасць матэрыялаў: Пошук матэрыялаў, якія падтрымліваюць як высакаякасныя электроны, так і фатонныя функцыі, можа быць складанай задачай, паколькі яны часта патрабуюць розных уласцівасцей.
2, сумяшчальнасць працэсаў: інтэграцыя розных вытворчых працэсаў электронікі і фатонаў на адной падкладцы без пагаршэння прадукцыйнасці любога з кампанентаў — складаная задача.
4, Складаная вытворчасць: Высокая дакладнасць, неабходная для электронных і фатонных структур, павялічвае складанасць і кошт вытворчасці.
Інтэграцыя некалькіх чыпаў
Гэты падыход забяспечвае большую гнуткасць у выбары матэрыялаў і працэсаў для кожнай функцыі. Пры гэтай інтэграцыі электронныя і фатонныя кампаненты атрымліваюць з розных працэсаў, а затым збіраюцца разам і размяшчаюцца на агульным корпусе або падкладцы (малюнак 1). Цяпер давайце пералічым рэжымы злучэння паміж оптаэлектроннымі чыпамі. Прамое злучэнне: гэты метад прадугледжвае непасрэдны фізічны кантакт і злучэнне двух плоскіх паверхняў, што звычайна палягчаецца сіламі малекулярнай сувязі, цяплом і ціскам. Ён мае перавагу ў прастаце і патэнцыйна вельмі нізкіх стратах злучэння, але патрабуе дакладна выраўнаваных і чыстых паверхняў. Злучэнне валакна/рашоткі: у гэтай схеме валакно або масіў валокнаў выраўнаваны і злучаны з краем або паверхняй фатоннага чыпа, што дазваляе святлу ўваходзіць і выходзіць з чыпа. Рашотка таксама можа выкарыстоўвацца для вертыкальнага злучэння, што паляпшае эфектыўнасць перадачы святла паміж фатонным чыпам і знешнім валакном. Скразныя крэмніевыя адтуліны (TSV) і мікравыступы: скразныя крэмніевыя адтуліны - гэта вертыкальныя злучэнні праз крэмніевую падкладку, якія дазваляюць размяшчаць чыпы ў трох вымярэннях. У спалучэнні з мікравыпуклымі кропкамі яны дапамагаюць дасягнуць электрычных злучэнняў паміж электроннымі і фатоннымі чыпамі ў шматслаёвых канфігурацыях, што падыходзіць для інтэграцыі з высокай шчыльнасцю. Аптычны прамежкавы пласт: аптычны прамежкавы пласт — гэта асобная падкладка, якая змяшчае аптычныя хваляводы, якія служаць пасярэднікам для маршрутызацыі аптычных сігналаў паміж чыпамі. Гэта дазваляе дакладна выраўноўваць і дадаваць дадатковыя пасіўныя...аптычныя кампанентыможна інтэграваць для павышэння гнуткасці падключэння. Гібрыднае злучэнне: гэтая перадавая тэхналогія злучэння спалучае прамое злучэнне і тэхналогію мікра-выступаў для дасягнення высокай шчыльнасці электрычных злучэнняў паміж чыпамі і высакаякасных аптычных інтэрфейсаў. Яна асабліва перспектыўная для высокапрадукцыйнай оптаэлектроннай сумеснай інтэграцыі. Паяльнае выступы: падобна да злучэння перавернутых чыпаў, паяльныя выступы выкарыстоўваюцца для стварэння электрычных злучэнняў. Аднак у кантэксце оптаэлектроннай інтэграцыі асаблівую ўвагу неабходна надаць пазбяганню пашкоджанняў фатонных кампанентаў, выкліканых цеплавым напружаннем, і падтрыманню аптычнага выраўноўвання.
Малюнак 1: Схема злучэння электрон/фатон паміж чыпамі
Перавагі гэтых падыходаў значныя: па меры таго, як свет CMOS працягвае прытрымлівацца ўдасканаленняў у законе Мура, можна будзе хутка адаптаваць кожнае пакаленне CMOS або Bi-CMOS на танны крэмніевы фатонны чып, выкарыстоўваючы перавагі найлепшых працэсаў у фатоніцы і электроніцы. Паколькі фатоніка звычайна не патрабуе вырабу вельмі малых структур (тыповымі з'яўляюцца памеры ключоў каля 100 нанаметраў), а прылады вялікія ў параўнанні з транзістарамі, эканамічныя меркаванні будуць падштурхоўваць да вытворчасці фатонных прылад у асобным працэсе, аддзеленым ад любой перадавой электронікі, неабходнай для канчатковага прадукту.
Перавагі:
1, гнуткасць: Розныя матэрыялы і працэсы могуць выкарыстоўвацца незалежна адзін ад аднаго для дасягнення найлепшай прадукцыйнасці электронных і фатонных кампанентаў.
2, сталасць працэсу: выкарыстанне сталых вытворчых працэсаў для кожнага кампанента можа спрасціць вытворчасць і знізіць выдаткі.
3, Прасцейшая мадэрнізацыя і абслугоўванне: Падзел кампанентаў дазваляе лягчэй замяняць або мадэрнізаваць асобныя кампаненты, не ўплываючы на ўсю сістэму.
Задача:
1, страты ўзаемасувязі: пазачыпавае злучэнне прыводзіць да дадатковых страт сігналу і можа запатрабаваць складаных працэдур выраўноўвання.
2, павелічэнне складанасці і памеру: асобныя кампаненты патрабуюць дадатковай упакоўкі і ўзаемасувязяў, што прыводзіць да павелічэння памераў і патэнцыйна больш высокіх выдаткаў.
3, больш высокае спажыванне энергіі: больш доўгія сігнальныя шляхі і дадатковая ўпакоўка могуць павялічыць патрабаванні да энергіі ў параўнанні з маналітнай інтэграцыяй.
Выснова:
Выбар паміж маналітнай і шматчыпавай інтэграцыяй залежыць ад патрабаванняў канкрэтнага прыкладання, у тым ліку ад мэтавых паказчыкаў прадукцыйнасці, абмежаванняў па памеры, меркаванняў аб кошце і сталасці тэхналогій. Нягледзячы на складанасць вытворчасці, маналітная інтэграцыя з'яўляецца выгаднай для прыкладанняў, якія патрабуюць надзвычайнай мініятурызацыі, нізкага спажывання энергіі і хуткаснай перадачы дадзеных. Замест гэтага шматчыпавая інтэграцыя прапануе большую гнуткасць праектавання і выкарыстоўвае існуючыя вытворчыя магчымасці, што робіць яе прыдатнай для прыкладанняў, дзе гэтыя фактары пераважваюць перавагі больш цеснай інтэграцыі. Па меры развіцця даследаванняў таксама вывучаюцца гібрыдныя падыходы, якія спалучаюць элементы абедзвюх стратэгій, для аптымізацыі прадукцыйнасці сістэмы, адначасова змяншаючы праблемы, звязаныя з кожным падыходам.
Час публікацыі: 08 ліпеня 2024 г.