Аптаэлектронны метад інтэграцыі

ОптаэлектронныМетад інтэграцыі

ІнтэграцыяфатонікаІ электроніка - гэта ключавы крок у паляпшэнні магчымасцей сістэм апрацоўкі інфармацыі, што дазваляе больш хуткай хуткасці перадачы дадзеных, зніжэннем спажывання электраэнергіі і больш кампактным дызайнам прылад, а таксама адкрыць вялікія новыя магчымасці для дызайну сістэмы. Метады інтэграцыі звычайна дзеляцца на дзве катэгорыі: маналітную інтэграцыю і інтэграцыю з некалькімі чыпамі.

Маналітная інтэграцыя
Маналітная інтэграцыя ўключае выраб фатонічных і электронных кампанентаў на той жа субстраце, звычайна выкарыстоўваючы сумяшчальныя матэрыялы і працэсы. Такі падыход засяроджаны на стварэнні бесперашкоднага інтэрфейсу паміж святлом і электраэнергіяй у межах аднаго чыпа.
Перавагі:
1. Паменшыце страты ўзаемасувязі: размяшчэнне фатонаў і электронных кампанентаў у непасрэднай блізкасці мінімізуе страты сігналу, звязаныя з па-за чыпамі.
2, Палепшаная прадукцыйнасць: больш жорсткая інтэграцыя можа прывесці да больш хуткай хуткасці перадачы дадзеных з -за больш кароткіх сігнальных шляхоў і зніжэння затрымкі.
3, меншы памер: Маналітная інтэграцыя дазваляе забяспечыць высока кампактныя прылады, што асабліва выгадна для абмежаваных прасторавых прыкладанняў, такіх як цэнтры апрацоўкі дадзеных або кішэнныя прылады.
4, Паменшыце спажыванне электраэнергіі: Выключыце патрэбу ў асобных пакетах і міжгародніх узаемасувязі, што можа значна знізіць патрэбы ў харчаванні.
Выклік:
1) Сумяшчальнасць матэрыялу: Пошук матэрыялаў, якія падтрымліваюць якасныя электроны, так і фатонныя функцыі, можа быць складанай задачай, паколькі яны часта патрабуюць розных уласцівасцей.
2, Сумяшчальнасць працэсаў: Інтэграцыя разнастайных вытворчых працэсаў электронікі і фатонаў на той жа субстраце, не прыніжаючы прадукцыйнасць якога -небудзь аднаго кампанента, з'яўляецца складанай задачай.
4, складаная вытворчасць: высокая дакладнасць, неабходная для электронных і фатонных структур, павялічвае складанасць і кошт вытворчасці.

Інтэграцыя з некалькімі чыпамі
Такі падыход дазваляе атрымаць вялікую гнуткасць пры выбары матэрыялаў і працэсаў для кожнай функцыі. У гэтай інтэграцыі электронныя і фатонныя кампаненты паходзяць з розных працэсаў, а затым збіраюцца разам і размяшчаюцца на агульным пакеце або субстраце (мал. 1). Зараз давайце пералічым рэжымы злучэння паміж оптаэлектронным чыпам. Прамая сувязь: Гэтая методыка ўключае ў сябе непасрэдны фізічны кантакт і сувязь дзвюх плоскіх паверхняў, якія звычайна спрыяюць сілам малекулярнай сувязі, цяплом і ціскам. Перавага мае прастату і патэнцыйна вельмі нізкія страты, але патрабуе дакладна выраўнаваных і чыстых паверхняў. Валакно/рашотка: У гэтай схеме масіў валакна або валакна выраўнаваны і звязаны з краем або паверхняй фатонічнага чыпа, што дазваляе спалучаць святло ў чыпе і з яго. Рашотка таксама можа быць выкарыстана для вертыкальнай сувязі, павышаючы эфектыўнасць перадачы святла паміж фатонным чыпам і знешнім валакном. Праз сіліконавыя адтуліны (TSVS) і мікра-бамы: адтуліны праз сілікону-гэта вертыкальныя ўзаемасувязі праз крэмніевую падкладку, што дазваляе ўкладвацца чыпсы ў трох вымярэннях. У спалучэнні з мікра-канструкцыйнымі кропкамі яны дапамагаюць дасягнуць электрычных злучэнняў паміж электроннымі і фатонічнымі чыпамі ў складзеных канфігурацыях, прыдатныя для інтэграцыі высокай шчыльнасці. Аптычны пасярэднік: аптычны пасярэднік - гэта асобны субстрат, які змяшчае аптычныя хваляводы, якія служаць пасярэднікам для маршрутызацыі аптычных сігналаў паміж чыпамі. Гэта дазваляе дакладна выраўнаваць і дадатковыя пасіўныяАптычныя кампанентыможа быць інтэграваны для павелічэння гнуткасці злучэння. Гібрыдная сувязь: Гэтая перадавая тэхналогія злучэння спалучае ў сабе прамыя сувязі і мікра-тэхналогіі для дасягнення электрычных сувязей высокай шчыльнасці паміж чыпамі і якаснымі аптычнымі інтэрфейсамі. Гэта асабліва перспектыўна для высокапрадукцыйнай оптаэлектроннай сумеснай інтэграцыі. Звязванне прыпоя: Падобна на злучэнне чыпаў, прыпой выкарыстоўваецца для стварэння электрычных злучэнняў. Аднак у кантэксце оптаэлектроннай інтэграцыі неабходна надаваць асаблівую ўвагу, каб пазбегнуць пашкоджання фатонных кампанентаў, выкліканых цеплавым стрэсам і падтрыманнем аптычнага выраўноўвання.

Малюнак 1 :: Электронная/фатонная схема злучэння чыпа да чыпа

Перавагі гэтых падыходаў важныя: паколькі свет CMOS працягвае прытрымлівацца паляпшэння заканадаўства Мура, можна будзе хутка адаптаваць кожнае пакаленне CMOS або BI-CMO на танны крэмнійны фатонічны чып, пажынаючы перавагі лепшых працэсаў у фатоніцы і электроніцы. Паколькі фатоніка звычайна не патрабуе вырабу вельмі невялікіх структур (памеры ключавых каля 100 нанаметраў тыповыя), а прылады вялікія ў параўнанні з транзістарамі, эканамічныя меркаванні будуць імкнуцца падштурхоўваць фатонныя прылады, якія вырабляюцца ў асобным працэсе, аддзеленыя ад любой перадавой электронікі, неабходнай для канчатковага прадукту.
Перавагі:
1, гнуткасць: Розныя матэрыялы і працэсы могуць быць выкарыстаны незалежна для дасягнення найлепшых паказчыкаў электронных і фатонічных кампанентаў.
2, Сталасць працэсу: выкарыстанне спелых вытворчых працэсаў для кожнага кампанента можа спрасціць вытворчасць і знізіць выдаткі.
3, прасцейшае абнаўленне і тэхнічнае абслугоўванне: Падзел кампанентаў дазваляе замяняць або мадэрнізаваць асобныя кампаненты або мадэрнізаваць, не ўплываючы на ​​ўсю сістэму.
Выклік:
1, Страта ўзаемасувязі: Злучэнне па-за чыпам уводзіць дадатковую страту сігналу і можа запатрабаваць складаных працэдур выраўноўвання.
2, павелічэнне складанасці і памеру: асобныя кампаненты патрабуюць дадатковай упакоўкі і ўзаемасувязі, што прыводзіць да большага памеру і патэнцыйна больш высокіх выдаткаў.
3, больш высокае спажыванне электраэнергіі: больш працяглыя шляхі сігналу і дадатковая ўпакоўка могуць павялічыць патрэбы ў магутнасці ў параўнанні з маналітнай інтэграцыяй.
Заключэнне:
Выбар паміж маналітнай і шматлікай інтэграцыяй залежыць ад патрабаванняў, звязаных з прыкладаннем, уключаючы мэты эфектыўнасці, абмежаванні памеру, меркаванні выдаткаў і сталасць тэхналогіі. Нягледзячы на ​​складанасць вытворчасці, маналітная інтэграцыя выгадная для прыкладанняў, якія патрабуюць экстрэмальнай мініяцюрызацыі, нізкага спажывання электраэнергіі і хуткаснай перадачы дадзеных. Замест гэтага, інтэграцыя Multi-Cip прапануе вялікую гнуткасць дызайну і выкарыстоўвае існуючыя магчымасці вытворчасці, што робіць яго прыдатным для прыкладанняў, дзе гэтыя фактары перавышаюць перавагі больш жорсткай інтэграцыі. Па меры прасоўвання даследаванняў гібрыдныя набліжэнні, якія спалучаюць элементы абедзвюх стратэгій, таксама вывучаюцца для аптымізацыі прадукцыйнасці сістэмы, змякчаючы праблемы, звязаныя з кожным падыходам.