Метод на оптоелектронска интеграција

Оптоелектронскиметод на интеграција

Интеграцијата нафотоникаи електрониката е клучен чекор во подобрувањето 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 дизајнирање на системот. Методите на 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 иста подлога, обично користејќи компатибилни материјали и процеси. Овој пристап се фокусира на создавање беспрекорен интерфејс помеѓу светлината и електричната енергија во еден чип.
Предности:
1. Намалете ги загубите на интерконекција: Со поставување на фотони и електронски компоненти во непосредна близина се минимизираат загубите на сигналот поврзани со поврзувањата надвор од чипот.
2, Подобрени перформанси: Построгата интеграција може да доведе до побрзи брзини на пренос на податоци поради пократките патеки на сигналот и намалената латентност.
3, помала големина: Монолитната интеграција овозможува многу компактни уреди, што е особено корисно за апликации со ограничен простор, како што се центри за податоци или рачни уреди.
4, намалете ја потрошувачката на енергија: елиминирајте ја потребата за посебни пакети и меѓусебни врски на долги растојанија, што може значително да ги намали барањата за енергија.
Предизвик:
1) Компатибилност на материјалите: Пронаоѓањето материјали кои поддржуваат висококвалитетни електрони и фотонски функции може да биде предизвик бидејќи тие често бараат различни својства.
2, процесна компатибилност: Интегрирањето на различните производни процеси на електроника и фотони на иста подлога без да се намалат перформансите на која било компонента е сложена задача.
4, Комплексно производство: високата прецизност потребна за електронски и фотононски структури ја зголемува сложеноста и трошоците за производство.

Интеграција со повеќе чипови
Овој пристап овозможува поголема флексибилност во изборот на материјали и процеси за секоја функција. Во оваа интеграција, електронските и фотониските компоненти доаѓаат од различни процеси и потоа се склопуваат заедно и се ставаат на заедничко пакување или подлога (Слика 1). Сега да ги наведеме режимите на поврзување помеѓу оптоелектронските чипови. Директно поврзување: Оваа техника вклучува директен физички контакт и поврзување на две рамни површини, обично олеснети од силите на молекуларното поврзување, топлината и притисокот. Ја има предноста во едноставноста и поврзувањата со потенцијално многу мала загуба, но бара прецизно усогласени и чисти површини. Спојување влакна/решетки: Во оваа шема, низата со влакна или влакна е порамнета и врзана за работ или површината на фотонскиот чип, овозможувајќи светлината да се спои во и надвор од чипот. Решетката може да се користи и за вертикално спојување, со што се подобрува ефикасноста на преносот на светлина помеѓу фотонскиот чип и надворешното влакно. Преку силиконски дупки (TSV) и микро-испакнатини: Низ-силиконските дупки се вертикални меѓусебно поврзување преку силиконската подлога, овозможувајќи чиповите да се наредат во три димензии. Во комбинација со микро-конвексни точки, тие помагаат да се постигнат електрични врски помеѓу електронските и фотонските чипови во наредени конфигурации, погодни за интеграција со висока густина. Оптички посреднички слој: Оптичкиот посреднички слој е посебна подлога која содржи оптички брановоди кои служат како посредник за рутирање на оптички сигнали помеѓу чипови. Овозможува прецизно усогласување и дополнително пасивнооптички компонентиможе да се интегрира за зголемена флексибилност на поврзувањето. Хибридно поврзување: оваа напредна технологија за поврзување комбинира технологија за директно поврзување и микро-испакнатина за да постигне електрични врски со висока густина помеѓу чиповите и висококвалитетните оптички интерфејси. Тоа е особено ветувачко за оптоелектронска коинтеграција со високи перформанси. Спојување со лемење: Слично на поврзувањето со преклопен чип, испакнатините за лемење се користат за создавање електрични врски. Меѓутоа, во контекст на оптоелектронската интеграција, посебно внимание мора да се посвети на избегнување на оштетување на фотонските компоненти предизвикани од термички стрес и одржување на оптичко усогласување.

Слика 1: : Шема за поврзување од чип со чип електрон/фотон

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 Bi-CMOS на евтин силиконски фотонски чип, искористувајќи ги придобивките од најдобрите процеси во фотоника и електроника. Бидејќи фотониката генерално не бара изработка на многу мали структури (типични се клучните големини од околу 100 нанометри) и уредите се големи во споредба со транзисторите, економските размислувања ќе имаат тенденција да ги натераат фотонските уреди да се произведуваат во посебен процес, одвоени од кој било напреден потребна е електроника за финалниот производ.
Предности:
1, флексибилност: Различни материјали и процеси може да се користат независно за да се постигнат најдобри перформанси на електронски и фотонски компоненти.
2, процесот на зрелост: употребата на зрели производствени процеси за секоја компонента може да го поедностави производството и да ги намали трошоците.
3, Полесно надградба и одржување: Одвојувањето на компонентите овозможува поединечните компоненти полесно да се заменат или надградуваат без да влијае на целиот систем.
Предизвик:
1, загуба на интерконекција: Врската надвор од чип внесува дополнителна загуба на сигналот и може да бара сложени процедури за усогласување.
2, зголемена сложеност и големина: Поединечните компоненти бараат дополнително пакување и меѓусебни врски, што резултира со поголеми димензии и потенцијално повисоки трошоци.
3, поголема потрошувачка на енергија: Подолгите патеки на сигналот и дополнителното пакување може да ги зголемат барањата за енергија во споредба со монолитната интеграција.
Заклучок:
Изборот помеѓу монолитна и интеграција со повеќе чипови зависи од барањата специфични за апликацијата, вклучувајќи ги целите за изведба, ограничувањата на големината, размислувањата за трошоците и зрелоста на технологијата. И покрај сложеноста на производството, монолитната интеграција е поволна за апликации кои бараат екстремна минијатуризација, мала потрошувачка на енергија и пренос на податоци со голема брзина. Наместо тоа, интеграцијата со повеќе чипови нуди поголема флексибилност на дизајнот и ги користи постоечките производствени способности, што ја прави погодна за апликации каде што овие фактори ги надминуваат придобивките од построгата интеграција. Како што напредува истражувањето, хибридните пристапи кои ги комбинираат елементите на двете стратегии исто така се истражуваат за да се оптимизираат перформансите на системот додека се ублажуваат предизвиците поврзани со секој пристап.