Оптыка-электронныяметад інтэграцыі
Інтэграцыя афатонікаі электроніка з'яўляецца ключавым крокам у паляпшэнні магчымасцяў сістэм апрацоўкі інфармацыі, забяспечваючы больш высокую хуткасць перадачы даных, меншае энергаспажыванне і больш кампактныя канструкцыі прылад, а таксама адкрываючы велізарныя новыя магчымасці для праектавання сістэм. Метады інтэграцыі звычайна дзеляцца 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 адным чыпе.
Перавагі:
1. Паменшыць страты ўзаемасувязі: Размяшчэнне фатонаў і электронных кампанентаў у непасрэднай блізкасці мінімізуе страты сігналу, звязаныя з пазачыпавымі злучэннямі.
2, Палепшаная прадукцыйнасць: больш цесная інтэграцыя можа прывесці да павелічэння хуткасці перадачы даных з-за больш кароткіх шляхоў сігналу і памяншэння затрымкі.
3, Меншы памер: маналітная інтэграцыя дазваляе ствараць вельмі кампактныя прылады, што асабліва выгадна для прыкладанняў з абмежаванай прасторай, такіх як цэнтры апрацоўкі дадзеных або партатыўныя прылады.
4, паменшыць энергаспажыванне: ліквідаваць неабходнасць у асобных пакетах і міжгародніх злучэннях, што можа значна знізіць патрабаванні да электраэнергіі.
Задача:
1) Сумяшчальнасць матэрыялаў: пошук матэрыялаў, якія падтрымліваюць высакаякасныя электроны і фатонныя функцыі, можа быць складаным, таму што яны часта патрабуюць розных уласцівасцей.
2, сумяшчальнасць працэсаў: інтэграцыя разнастайных вытворчых працэсаў электронікі і фатонаў на адной падкладцы без пагаршэння прадукцыйнасці любога кампанента - складаная задача.
4, Комплексная вытворчасць: высокая дакладнасць, неабходная для электронных і фатонных структур, павялічвае складанасць і кошт вытворчасці.
Шматчыпавая інтэграцыя
Такі падыход забяспечвае большую гібкасць у выбары матэрыялаў і працэсаў для кожнай функцыі. У гэтай інтэграцыі электронныя і фатонныя кампаненты паходзяць з розных працэсаў, а затым збіраюцца разам і змяшчаюцца на агульную ўпакоўку або падкладку (малюнак 1). Зараз давайце пералічым рэжымы сувязі паміж оптаэлектроннымі мікрасхемамі. Прамое злучэнне: гэтая тэхніка прадугледжвае прамы фізічны кантакт і злучэнне дзвюх плоскіх паверхняў, што звычайна спрыяе малекулярным сілам злучэння, цяплу і ціску. Яго перавага заключаецца ў прастаце і патэнцыйна вельмі нізкіх стратах злучэнняў, але патрабуе дакладна выраўнаваных і чыстых паверхняў. Сувязь валакна/рашоткі: у гэтай схеме валакно або масіў валокнаў выраўноўваецца і злучаецца з краем або паверхняй фатоннага чыпа, што дазваляе святлу пранікаць у чып і выходзіць з яго. Рашотка таксама можа выкарыстоўвацца для вертыкальнай сувязі, паляпшаючы эфектыўнасць перадачы святла паміж фатонным чыпам і вонкавым валакном. Скразныя сіліконавыя адтуліны (TSV) і мікра-выпукласці: Скразныя сіліконавыя адтуліны - гэта вертыкальныя злучэнні праз крэмніевую падкладку, якія дазваляюць складаць чыпы ў трох вымярэннях. У спалучэнні з мікравыпуклымі кропкамі яны дапамагаюць дасягнуць электрычных злучэнняў паміж электроннымі і фатоннымі чыпамі ў складзеных канфігурацыях, прыдатных для інтэграцыі з высокай шчыльнасцю. Аптычны прамежкавы ўзровень: Аптычны прамежкавы ўзровень - гэта асобная падкладка, якая змяшчае аптычныя хваляводы, якія служаць пасярэднікам для маршрутызацыі аптычных сігналаў паміж чыпамі. Гэта дазваляе дакладнае выраўноўванне і дадатковы пасіўаптычныя кампанентыможа быць інтэграваны для павышэння гнуткасці злучэння. Гібрыднае злучэнне: Гэтая ўдасканаленая тэхналогія злучэння спалучае ў сабе прамое злучэнне і тэхналогію мікраўдарнасці для дасягнення электрычных злучэнняў высокай шчыльнасці паміж мікрасхемамі і высакаякаснымі аптычнымі інтэрфейсамі. Гэта асабліва перспектыўна для высокапрадукцыйнай оптаэлектроннай каінтэграцыі. Злучэнне прыпоем: Падобна склейванню фліп-чыпаў, прыпоем выступы выкарыстоўваюцца для стварэння электрычных злучэнняў. Аднак у кантэксце оптаэлектроннай інтэграцыі асаблівую ўвагу неабходна надаваць пазбяганню пашкоджання фатонных кампанентаў, выкліканага цеплавым стрэсам, і падтрыманню аптычнага выраўноўвання.
Малюнак 1: Схема злучэння электронаў/фатонаў чып-чып
Перавагі гэтых падыходаў значныя: паколькі свет CMOS працягвае прытрымлівацца паляпшэнняў у законе Мура, можна будзе хутка адаптаваць кожнае пакаленне CMOS або Bi-CMOS на танны крамянёвы фатонны чып, карыстаючыся перавагамі лепшых працэсаў у фатонікі і электронікі. Паколькі фатоніка звычайна не патрабуе вырабу вельмі малых структур (тыповыя памеры ключоў каля 100 нанаметраў), а прылады вялікія ў параўнанні з транзістарамі, эканамічныя меркаванні будуць мець тэндэнцыю да таго, што фатонныя прылады будуць вырабляцца ў асобным працэсе, аддзеленым ад любога прасунутага электроніка, неабходная для канчатковага прадукту.
Перавагі:
1, гнуткасць: розныя матэрыялы і працэсы могуць выкарыстоўвацца незалежна адзін ад аднаго для дасягнення найлепшых характарыстык электронных і фатонных кампанентаў.
2, сталасць працэсу: выкарыстанне адпрацаваных вытворчых працэсаў для кожнага кампанента можа спрасціць вытворчасць і знізіць выдаткі.
3, больш простае абнаўленне і абслугоўванне: падзел кампанентаў дазваляе лягчэй замяняць або мадэрнізаваць асобныя кампаненты, не закранаючы ўсю сістэму.
Задача:
1, страта ўзаемасувязі: злучэнне па-за чыпам уносіць дадатковыя страты сігналу і можа запатрабаваць складаных працэдур выраўноўвання.
2, павышаная складанасць і памер: Асобныя кампаненты патрабуюць дадатковай упакоўкі і злучэнняў, што прыводзіць да павелічэння памераў і патэнцыйна больш высокіх выдаткаў.
3, больш высокае энергаспажыванне: больш доўгія шляхі перадачы сігналу і дадатковая ўпакоўка могуць павялічыць патрабаванні да магутнасці ў параўнанні з маналітнай інтэграцыяй.
Выснова:
Выбар паміж маналітнай і шматчыпавай інтэграцыяй залежыць ад спецыфічных патрабаванняў прыкладанняў, у тым ліку мэтавых паказчыкаў прадукцыйнасці, абмежаванняў па памеры, кошту і развітасці тэхналогіі. Нягледзячы на складанасць вытворчасці, маналітная інтэграцыя з'яўляецца перавагай для прыкладанняў, якія патрабуюць надзвычайнай мініяцюрызацыі, нізкага энергаспажывання і высокай хуткасці перадачы даных. Замест гэтага шматчыпавая інтэграцыя прапануе вялікую гібкасць канструкцыі і выкарыстоўвае існуючыя вытворчыя магчымасці, што робіць яе прыдатнай для прыкладанняў, дзе гэтыя фактары пераважваюць перавагі больш цеснай інтэграцыі. Па ходзе даследаванняў таксама вывучаюцца гібрыдныя падыходы, якія аб'ядноўваюць элементы абедзвюх стратэгій, каб аптымізаваць прадукцыйнасць сістэмы, адначасова змякчаючы праблемы, звязаныя з кожным падыходам.
Час публікацыі: 8 ліпеня 2024 г