Метод на оптоелектронска интеграција

ОптоелектронскиМетод на интеграција

Интеграција наФотоникаИ електрониката е клучен чекор за подобрување на можностите на системите за обработка на информации, овозможувајќи побрзи стапки на пренос на податоци, помала потрошувачка на енергија и покомпактен дизајн на уреди и отворање огромни нови можности за дизајн на системот. Методите за интеграција генерално се поделени во две категории: монолитна интеграција и интеграција со повеќе чипови.

Монолитна интеграција
Монолитната интеграција вклучува производство на фотонски и електронски компоненти на истиот подлога, обично користејќи компатибилни материјали и процеси. Овој пристап се фокусира на создавање непречен интерфејс помеѓу светлината и електричната енергија во рамките на еден чип.
Предности:
1. Намалете ги загубите на интерконекција: Поставувањето фотони и електронските компоненти во блиска близина ги минимизира загубите на сигналот поврзани со врските надвор од чип.
2, Подобрена изведба: Построгата интеграција може да доведе до побрза брзина на пренесување на податоци заради пократки патеки на сигналот и намалена латентност.
3, помала големина: Монолитна интеграција овозможува високо компактен уреди, што е особено корисно за апликации ограничени на вселената, како што се центри за податоци или рачни уреди.
4, Намалете ја потрошувачката на енергија: Елиминирајте ја потребата за одделни пакети и интерконекции на долги растојанија, што може значително да ги намали барањата за моќност.
Предизвик:
1) Компатибилност на материјалот: Пронаоѓањето на материјали што поддржуваат и висококвалитетни електрони и фотонски функции може да бидат предизвикувачки затоа што честопати бараат различни својства.
2, Компатибилност на процесите: Интегрирањето на разновидните процеси на производство на електроника и фотони на истата подлога без да се деградираат перформансите на која било компонента е сложена задача.
4, Комплексно производство: Високата прецизност потребна за електронски и фотонски структури ја зголемува сложеноста и цената на производството.

Интеграција со повеќе чипови
Овој пристап овозможува поголема флексибилност при избирање на материјали и процеси за секоја функција. Во оваа интеграција, електронските и фотонските компоненти доаѓаат од различни процеси и потоа се склопуваат заедно и се ставаат на заеднички пакет или подлога (Слика 1). Сега, да ги наведеме режимите за врзување помеѓу оптоелектронските чипови. Директно сврзување: Оваа техника вклучува директен физички контакт и сврзување на две рамни површини, обично олеснети со молекуларни сили за врзување, топлина и притисок. Има предност на едноставност и потенцијално многу ниски врски за загуба, но бара прецизно усогласени и чисти површини. Спојување на влакна/решетки: Во оваа шема, низата на влакна или влакна е усогласена и врзана до работ или површина на фотонскиот чип, дозволувајќи им на светлината да се спои во и надвор од чипот. Решетката може да се користи и за вертикално спојување, подобрување на ефикасноста на преносот на светлината помеѓу фотонскиот чип и надворешното влакно. Дупките преку силикон (TSV) и микро-пумпи: Дупките преку силикон се вертикални интерконекции преку силиконска подлога, дозволувајќи им на чиповите да бидат наредени во три димензии. Во комбинација со микро-конвексни точки, тие помагаат да се постигнат електрични врски помеѓу електронски и фотонски чипови во рангирани конфигурации, погодни за интеграција со висока густина. Оптички посреднички слој: Оптичкиот посредник слој е посебен подлога што содржи оптички бранови на бранови кои служат како посредник за рутирање на оптички сигнали помеѓу чипови. Тоа овозможува прецизно усогласување и дополнително пасивноОптички компонентиможе да се интегрира за зголемена флексибилност на врската. Хибридно сврзување: Оваа напредна технологија за сврзување комбинира директно врзување и микро-пумпа за да се постигнат електрични врски со висока густина помеѓу чипови и висококвалитетни оптички интерфејси. Особено е ветувачки за оптоелектронска ко-интеграција со високи перформанси. Сврзување со лемење: Слично на сврзувањето со чипови, се користат испакнатини за лемење за создавање електрични врски. Како и да е, во контекст на оптоелектронска интеграција, мора да се посвети посебно внимание за да се избегне оштетување на фотонските компоненти предизвикани од термички стрес и одржување на оптичка усогласување.

Слика 1 :: шема за врзување на електронски/фотонски чип-чип-чип

Придобивките од овие пристапи се значајни: бидејќи светот CMOS продолжува да ги следи подобрувањата во законот на Мур, ќе биде можно брзо да се прилагоди секоја генерација на CMOS или би-CMOS на ефтин силиконски фотонски чип, искористувајќи ги придобивките од најдобрите процеси во фотоника и електроника. Бидејќи фотониката генерално не бара измислица на многу мали структури (клучните големини од околу 100 нанометри се типични) и уредите се големи во споредба со транзисторите, економските размислувања ќе имаат тенденција да ги притискаат фотонските уреди да се произведуваат во посебен процес, одделени од која било напредна електроника потребна за конечниот производ.
Предности:
1, Флексибилност: Различни материјали и процеси можат да се користат независно за да се постигнат најдобри перформанси на електронски и фотонски компоненти.
2, Зрелоста на процесите: Употребата на зрели процеси на производство за секоја компонента може да го поедностави производството и да ги намали трошоците.
3, полесно надградба и одржување: Одвојувањето на компонентите им овозможува полесно да се заменат или надградуваат индивидуалните компоненти без да влијаат на целиот систем.
Предизвик:
1, загуба на интерконекција: Врската надвор од чип воведува дополнителна загуба на сигналот и може да бара сложени процедури за усогласување.
2, Зголемена сложеност и големина: Индивидуалните компоненти бараат дополнителни пакувања и интерконекции, што резултира во поголеми димензии и потенцијално повисоки трошоци.
3, поголема потрошувачка на енергија: Подолгите сигнални патеки и дополнителното пакување може да ги зголемат барањата за моќност во споредба со монолитната интеграција.
Заклучок:
Изборот помеѓу монолитна и мулти-чип интеграција зависи од барањата специфични за апликацијата, вклучително и целите на перформансите, ограничувањата на големината, размислувањата за трошоците и зрелоста на технологијата. И покрај производството на сложеност, монолитната интеграција е поволна за апликации за кои е потребна екстремна минијатуризација, ниска потрошувачка на енергија и пренесување на податоци со голема брзина. Наместо тоа, интеграцијата со повеќе чипови нуди поголема флексибилност во дизајнот и ги користи постојните производствени способности, што го прави погоден за апликации каде овие фактори ги надминуваат придобивките од построгата интеграција. Како што напредува истражувањето, хибридни пристапи кои комбинираат елементи на обете стратегии, исто така, се истражуваат за да се оптимизираат перформансите на системот, додека ги ублажуваат предизвиците поврзани со секој пристап.