OptoelectronicKaedah Integrasi
IntegrasiFotonikDan elektronik adalah langkah utama dalam meningkatkan keupayaan sistem pemprosesan maklumat, membolehkan kadar pemindahan data yang lebih cepat, penggunaan kuasa yang lebih rendah dan reka bentuk peranti yang lebih padat, dan membuka peluang baru yang besar untuk reka bentuk sistem. Kaedah integrasi secara amnya dibahagikan kepada dua kategori: integrasi monolitik dan integrasi pelbagai cip.
Integrasi Monolitik
Integrasi monolitik melibatkan pembuatan komponen fotonik dan elektronik pada substrat yang sama, biasanya menggunakan bahan dan proses yang serasi. Pendekatan ini memberi tumpuan kepada mewujudkan antara muka yang lancar antara cahaya dan elektrik dalam cip tunggal.
Kelebihan:
1. Mengurangkan kerugian interkoneksi: Meletakkan foton dan komponen elektronik dalam jarak dekat meminimumkan kerugian isyarat yang berkaitan dengan sambungan luar cip.
2, Prestasi yang lebih baik: Integrasi yang lebih ketat boleh membawa kepada kelajuan pemindahan data yang lebih cepat disebabkan oleh laluan isyarat yang lebih pendek dan latensi yang dikurangkan.
3, saiz yang lebih kecil: Integrasi monolitik membolehkan peranti yang sangat padat, yang sangat bermanfaat untuk aplikasi terhad ruang, seperti pusat data atau peranti pegang tangan.
4, Kurangkan penggunaan kuasa: Menghapuskan keperluan untuk pakej berasingan dan interkoneksi jarak jauh, yang dapat mengurangkan keperluan kuasa dengan ketara.
Cabaran:
1) Keserasian bahan: Mencari bahan yang menyokong kedua-dua elektron berkualiti tinggi dan fungsi fotonik boleh mencabar kerana mereka sering memerlukan sifat yang berbeza.
2, Keserasian proses: Mengintegrasikan proses pembuatan pelbagai elektronik dan foton pada substrat yang sama tanpa merendahkan prestasi mana -mana komponen adalah tugas yang kompleks.
4, Pembuatan Kompleks: Ketepatan tinggi yang diperlukan untuk struktur elektronik dan fotononik meningkatkan kerumitan dan kos pembuatan.
Integrasi Multi-Cip
Pendekatan ini membolehkan fleksibiliti yang lebih besar dalam memilih bahan dan proses untuk setiap fungsi. Dalam integrasi ini, komponen elektronik dan fotonik datang dari proses yang berbeza dan kemudian dipasang bersama dan diletakkan pada pakej atau substrat biasa (Rajah 1). Sekarang mari kita senaraikan mod ikatan antara cip optoelektronik. Ikatan langsung: Teknik ini melibatkan hubungan fizikal langsung dan ikatan dua permukaan planar, biasanya difasilitasi oleh daya ikatan molekul, haba, dan tekanan. Ia mempunyai kelebihan kesederhanaan dan sambungan kerugian yang sangat rendah, tetapi memerlukan permukaan yang sejajar dan bersih. Serat/gandingan grating: Dalam skema ini, serat atau serat serat diselaraskan dan terikat ke tepi atau permukaan cip fotonik, yang membolehkan cahaya digabungkan masuk dan keluar dari cip. Pengisaran juga boleh digunakan untuk gandingan menegak, meningkatkan kecekapan penghantaran cahaya antara cip fotonik dan serat luaran. Lubang melalui silikon (TSV) dan mikro-bumps: Lubang melalui silikon adalah interkoneksi menegak melalui substrat silikon, yang membolehkan cip ditumpuk dalam tiga dimensi. Dikombinasikan dengan titik-titik mikro, mereka membantu mencapai hubungan elektrik antara cip elektronik dan fotonik dalam konfigurasi yang disusun, sesuai untuk integrasi ketumpatan tinggi. Lapisan Perantara Optik: Lapisan perantara optik adalah substrat berasingan yang mengandungi gelombang optik yang berfungsi sebagai perantara untuk penghalaan isyarat optik antara cip. Ia membolehkan penjajaran yang tepat, dan pasif tambahankomponen optikboleh diintegrasikan untuk peningkatan fleksibiliti sambungan. Ikatan Hibrid: Teknologi ikatan maju ini menggabungkan teknologi ikatan langsung dan mikro-bump untuk mencapai sambungan elektrik berkepadatan tinggi antara cip dan antara muka optik yang berkualiti tinggi. Ia amat menjanjikan untuk integrasi bersama optoelektronik berprestasi tinggi. Solder Bump Ikatan: Sama seperti ikatan cip flip, benjolan solder digunakan untuk membuat sambungan elektrik. Walau bagaimanapun, dalam konteks integrasi optoelektronik, perhatian khusus mesti dibayar untuk mengelakkan kerosakan kepada komponen fotonik yang disebabkan oleh tekanan haba dan mengekalkan penjajaran optik.
Rajah 1 :: Skim ikatan cip ke cip elektron/foton
Manfaat pendekatan ini adalah penting: Oleh kerana dunia CMOS terus mengikuti penambahbaikan dalam undang-undang Moore, ia akan dapat menyesuaikan diri dengan cepat setiap generasi CMOS atau BI-CMOS ke cip fotonik silikon murah, menuai manfaat proses terbaik dalam fotonik dan elektronik. Kerana fotonik umumnya tidak memerlukan fabrikasi struktur yang sangat kecil (saiz utama kira -kira 100 nanometer adalah tipikal) dan peranti adalah besar berbanding transistor, pertimbangan ekonomi akan cenderung untuk mendorong peranti fotonik untuk dihasilkan dalam proses yang berasingan, dipisahkan dari mana -mana elektronik maju yang diperlukan untuk produk akhir.
Kelebihan:
1, Fleksibiliti: Bahan dan proses yang berbeza boleh digunakan secara bebas untuk mencapai prestasi terbaik komponen elektronik dan fotonik.
2, Proses Kematangan: Penggunaan proses pembuatan matang untuk setiap komponen dapat memudahkan pengeluaran dan mengurangkan kos.
3, peningkatan dan penyelenggaraan yang lebih mudah: Pemisahan komponen membolehkan komponen individu diganti atau ditingkatkan dengan lebih mudah tanpa menjejaskan seluruh sistem.
Cabaran:
1, kehilangan interkoneksi: Sambungan luar cip memperkenalkan kehilangan isyarat tambahan dan mungkin memerlukan prosedur penjajaran kompleks.
2, peningkatan kerumitan dan saiz: Komponen individu memerlukan pembungkusan dan interkoneksi tambahan, menghasilkan saiz yang lebih besar dan kos yang berpotensi lebih tinggi.
3, penggunaan kuasa yang lebih tinggi: Laluan isyarat yang lebih panjang dan pembungkusan tambahan boleh meningkatkan keperluan kuasa berbanding integrasi monolitik.
Kesimpulan:
Memilih antara integrasi monolitik dan pelbagai cip bergantung kepada keperluan khusus aplikasi, termasuk matlamat prestasi, kekangan saiz, pertimbangan kos, dan kematangan teknologi. Walaupun kerumitan pembuatan, integrasi monolitik adalah berfaedah untuk aplikasi yang memerlukan pengurangan yang melampau, penggunaan kuasa yang rendah, dan penghantaran data berkelajuan tinggi. Sebaliknya, integrasi pelbagai cip menawarkan fleksibiliti reka bentuk yang lebih besar dan menggunakan keupayaan pembuatan sedia ada, menjadikannya sesuai untuk aplikasi di mana faktor-faktor ini melebihi manfaat integrasi yang lebih ketat. Apabila penyelidikan berlangsung, pendekatan hibrid yang menggabungkan unsur -unsur kedua -dua strategi juga diterokai untuk mengoptimumkan prestasi sistem sambil mengurangkan cabaran yang berkaitan dengan setiap pendekatan.
Masa Post: Jul-08-2024