Օպտոէլեկտրոնային ինտեգրման մեթոդ

Օպտոէլեկտրոնայինինտեգրման մեթոդ

Ինտեգրացիանֆոտոնիկաև էլեկտրոնիկան կարևոր քայլ է տեղեկատվության մշակման համակարգերի հնարավորությունների բարելավման գործում, որը հնարավորություն է տալիս ապահովել տվյալների փոխանցման ավելի արագ տեմպեր, ավելի ցածր էներգիայի սպառում և ավելի կոմպակտ սարքերի դիզայն, ինչպես նաև բացում է համակարգերի նախագծման համար հսկայական նոր հնարավորություններ: Ինտեգրման մեթոդները սովորաբար բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ մոնոլիտ ինտեգրացիա և բազմակի չիպային ինտեգրացիա:

Մոնոլիտ ինտեգրացիա
Մոնոլիտային ինտեգրումը ենթադրում է ֆոտոնային և էլեկտրոնային բաղադրիչների արտադրություն նույն հիմքի վրա, սովորաբար համատեղելի նյութերի և գործընթացների օգտագործմամբ: Այս մոտեցումը կենտրոնանում է լույսի և էլեկտրականության միջև անխափան միջերես ստեղծելու վրա մեկ չիպի ներսում:
Առավելություններ՝
1. Կրճատել միջմիացման կորուստները. Ֆոտոնների և էլեկտրոնային բաղադրիչների մոտ տեղադրումը նվազագույնի է հասցնում չիպից դուրս միացումների հետ կապված ազդանշանի կորուստները։
2, Բարելավված կատարողականություն. Ավելի սերտ ինտեգրումը կարող է հանգեցնել տվյալների փոխանցման ավելի արագ արագության՝ ազդանշանների ավելի կարճ ուղիների և լատենտության նվազման շնորհիվ։
3, Փոքր չափս. Մոնոլիտ ինտեգրումը թույլ է տալիս ստեղծել բարձր կոմպակտ սարքեր, ինչը հատկապես օգտակար է սահմանափակ տարածք ունեցող կիրառությունների համար, ինչպիսիք են տվյալների կենտրոնները կամ ձեռքի սարքերը:
4, կրճատել էներգիայի սպառումը. վերացնել առանձին փաթեթների և երկար հեռավորության միջմիավորների անհրաժեշտությունը, ինչը կարող է զգալիորեն կրճատել էներգիայի պահանջները։
Մարտահրավեր՝
1) Նյութերի համատեղելիություն. Բարձրորակ էլեկտրոններ և ֆոտոնային ֆունկցիաներ ապահովող նյութեր գտնելը կարող է դժվար լինել, քանի որ դրանք հաճախ պահանջում են տարբեր հատկություններ։
2, գործընթացների համատեղելիություն. էլեկտրոնիկայի և ֆոտոնների բազմազան արտադրական գործընթացների ինտեգրումը նույն հիմքի վրա՝ առանց որևէ բաղադրիչի աշխատանքը վատթարացնելու, բարդ խնդիր է։
4, Բարդ արտադրություն. Էլեկտրոնային և ֆոտոնային կառուցվածքների համար պահանջվող բարձր ճշգրտությունը մեծացնում է արտադրության բարդությունը և արժեքը։

Բազմակի չիպային ինտեգրացիա
Այս մոտեցումը թույլ է տալիս ավելի մեծ ճկունություն յուրաքանչյուր ֆունկցիայի համար նյութերի և գործընթացների ընտրության հարցում: Այս ինտեգրման դեպքում էլեկտրոնային և ֆոտոնային բաղադրիչները ստացվում են տարբեր գործընթացներից, այնուհետև հավաքվում են միասին և տեղադրվում ընդհանուր փաթեթի կամ հիմքի վրա (Նկար 1): Այժմ եկեք թվարկենք օպտոէլեկտրոնային չիպերի միջև կապի ռեժիմները: Ուղղակի կապում. Այս տեխնիկան ներառում է երկու հարթ մակերեսների անմիջական ֆիզիկական շփումը և կապումը, որը սովորաբար հեշտացվում է մոլեկուլային կապող ուժերի, ջերմության և ճնշման միջոցով: Այն ունի պարզության և պոտենցիալ շատ ցածր կորուստներով միացումների առավելություն, բայց պահանջում է ճշգրիտ դասավորված և մաքուր մակերեսներ: Մանրաթել/ցանցային միացում. Այս սխեմայում մանրաթելը կամ մանրաթելային զանգվածը դասավորված և միացված է ֆոտոնային չիպի եզրին կամ մակերեսին, թույլ տալով լույսին միանալ չիպի մեջ և դուրս: Ցանցը կարող է նաև օգտագործվել ուղղահայաց միացման համար, բարելավելով լույսի փոխանցման արդյունավետությունը ֆոտոնային չիպի և արտաքին մանրաթելի միջև: Սիլիկոնային անցքեր (TSV) և միկրո-բամպեր. Սիլիկոնային անցքերը ուղղահայաց միացումներ են սիլիկոնային հիմքի միջոցով, որոնք թույլ են տալիս չիպերին դասավորվել երեք չափսերով: Միկրոգորշ կետերի հետ համատեղ, դրանք օգնում են էլեկտրական կապեր հաստատել էլեկտրոնային և ֆոտոնային չիպերի միջև՝ դարսված կոնֆիգուրացիաներով, որոնք հարմար են բարձր խտության ինտեգրման համար: Օպտիկական միջանկյալ շերտ. Օպտիկական միջանկյալ շերտը առանձին հիմք է, որը պարունակում է օպտիկական ալիքատարներ, որոնք ծառայում են որպես միջնորդ՝ չիպերի միջև օպտիկական ազդանշանները ուղղորդելու համար: Այն թույլ է տալիս ճշգրիտ դասավորություն և լրացուցիչ պասիվ ազդեցություն:օպտիկական բաղադրիչներկարող է ինտեգրվել միացման ճկունությունը մեծացնելու համար: Հիբրիդային կապում. Այս առաջադեմ կապման տեխնոլոգիան համատեղում է ուղիղ կապումը և միկրո-բամպ տեխնոլոգիան՝ չիպերի և բարձրորակ օպտիկական ինտերֆեյսների միջև բարձր խտության էլեկտրական միացումներ ստանալու համար: Այն հատկապես խոստումնալից է բարձր արդյունավետությամբ օպտոէլեկտրոնային համատեղ ինտեգրման համար: Զոդման բամպերի կապում. Նման է շրջվող չիպերի կապմանը, զոդման բամպերը օգտագործվում են էլեկտրական միացումներ ստեղծելու համար: Այնուամենայնիվ, օպտոէլեկտրոնային ինտեգրման համատեքստում հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել ջերմային լարվածության պատճառով ֆոտոնային բաղադրիչներին վնաս հասցնելուց խուսափելուն և օպտիկական հավասարեցումը պահպանելուն:

Նկար 1: Էլեկտրոն/ֆոտոն չիպից չիպ կապի սխեմա

Այս մոտեցումների առավելությունները նշանակալի են. քանի որ CMOS աշխարհը շարունակում է հետևել Մուրի օրենքի բարելավումներին, հնարավոր կլինի արագորեն CMOS-ի կամ Bi-CMOS-ի յուրաքանչյուր սերունդը հարմարեցնել էժան սիլիցիումային ֆոտոնային չիպի վրա՝ օգտվելով ֆոտոնիկայի և էլեկտրոնիկայի լավագույն գործընթացների առավելություններից: Քանի որ ֆոտոնիկան, որպես կանոն, չի պահանջում շատ փոքր կառուցվածքների ստեղծում (մոտ 100 նանոմետր բանալիների չափերը բնորոշ են) և սարքերը մեծ են տրանզիստորների համեմատ, տնտեսական նկատառումները հակված կլինեն ստիպել ֆոտոնային սարքերը արտադրվել առանձին գործընթացով՝ առանձնացված վերջնական արտադրանքի համար անհրաժեշտ ցանկացած առաջադեմ էլեկտրոնիկայից:
Առավելություններ՝
1, ճկունություն. Տարբեր նյութեր և գործընթացներ կարող են օգտագործվել անկախ՝ էլեկտրոնային և ֆոտոնային բաղադրիչների լավագույն կատարողականին հասնելու համար:
2, գործընթացի հասունություն. յուրաքանչյուր բաղադրիչի համար հասուն արտադրական գործընթացների կիրառումը կարող է պարզեցնել արտադրությունը և նվազեցնել ծախսերը։
3, Ավելի հեշտ արդիականացում և սպասարկում. Բաղադրիչների բաժանումը թույլ է տալիս առանձին բաղադրիչները ավելի հեշտությամբ փոխարինել կամ արդիականացնել՝ առանց ամբողջ համակարգին ազդելու:
Մարտահրավեր՝
1, միջմիացման կորուստ. չիպից դուրս միացումը առաջացնում է ազդանշանի լրացուցիչ կորուստ և կարող է պահանջել բարդ համաձայնեցման ընթացակարգեր։
2, բարդության և չափի աճ. Առանձին բաղադրիչները պահանջում են լրացուցիչ փաթեթավորում և փոխկապակցվածություն, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ չափերի և հնարավոր է՝ ավելի բարձր ծախսերի։
3, ավելի բարձր էներգիայի սպառում. Ավելի երկար ազդանշանային ուղիները և լրացուցիչ փաթեթավորումը կարող են մեծացնել էներգիայի պահանջները՝ համեմատած մոնոլիտ ինտեգրման հետ։
Եզրակացություն.
Մոնոլիտ և բազմակի չիպային ինտեգրացիայի միջև ընտրությունը կախված է կիրառման պահանջներից, ներառյալ կատարողականի նպատակները, չափի սահմանափակումները, ծախսերի նկատառումները և տեխնոլոգիական հասունությունը: Արտադրական բարդությանը չնայած, մոնոլիտ ինտեգրացիան առավելություն ունի այն կիրառությունների համար, որոնք պահանջում են ծայրահեղ մանրացում, ցածր էներգիայի սպառում և բարձր արագությամբ տվյալների փոխանցում: Փոխարենը, բազմակի չիպային ինտեգրացիան առաջարկում է ավելի մեծ նախագծային ճկունություն և օգտագործում է առկա արտադրական հնարավորությունները, դարձնելով այն հարմար այն կիրառությունների համար, որտեղ այս գործոնները գերազանցում են ավելի սերտ ինտեգրման առավելությունները: Հետազոտությունների զարգացմանը զուգընթաց, ուսումնասիրվում են նաև հիբրիդային մոտեցումներ, որոնք համատեղում են երկու ռազմավարությունների տարրերը՝ համակարգի կատարողականը օպտիմալացնելու և յուրաքանչյուր մոտեցման հետ կապված մարտահրավերները մեղմելու համար: