Օպտոէլեկտրոնային ինտեգրման մեթոդ

ՕպտոէլեկտրոնայինԻնտեգրման մեթոդ

ԻնտեգրումֆոտոնիկաԻսկ էլեկտրոնիկան կարեւոր քայլ է տեղեկատվության մշակման համակարգերի հնարավորությունների բարելավման, տվյալների փոխանցման ավելի արագ տեմպերի, ցածր էներգիայի սպառման եւ ավելի կոմպակտ սարքի ձեւավորման ավելի արագացման եւ համակարգի նախագծման հսկայական նոր հնարավորություններ: Ինտեգրման մեթոդները հիմնականում բաժանվում են երկու կատեգորիայի, մոնոլիտ ինտեգրացիա եւ բազմաֆունկցիոնալ ինտեգրում:

Մոնոլիտ ինտեգրում
Մոնոլիտ ինտեգրումը ներառում է նույն ենթաշերտի վրա ֆոտոնիկ եւ էլեկտրոնային բաղադրիչներ արտադրություն, սովորաբար օգտագործելով համատեղելի նյութեր եւ գործընթացներ: Այս մոտեցումը կենտրոնանում է լույսի եւ էլեկտրաէներգիայի միջեւ սահուն ինտերֆեյսի ստեղծման վրա `մեկ չիպի մեջ:
Առավելություններ.
1. Նվազեցնել փոխկապակցման կորուստները. Փողոները եւ էլեկտրոնային բաղադրիչները մոտակայքում տեղակայելը նվազագույնի հասցնում է ազդանշանային կորուստների հետ կապված `կապված անջատիչների հետ:
2, Բարելավված կատարում. Խիստ ինտեգրումը կարող է հանգեցնել տվյալների փոխանցման ավելի արագ արագության `ավելի կարճ ազդանշանային ուղիների եւ իջեցված լատենտության պատճառով:
3, ավելի փոքր չափս. Մոնոլիտ ինտեգրումը թույլ է տալիս բարձր կոմպակտ սարքեր, ինչը հատկապես օգտակար է տիեզերական սահմանափակ ծրագրերի, ինչպիսիք են տվյալների կենտրոնները կամ ձեռքի սարքերը:
4, Նվազեցնել էներգիայի սպառումը. Վերացրեք առանձին փաթեթների եւ հեռավոր փոխկապակցման անհրաժեշտությունը, ինչը կարող է էապես նվազեցնել էներգիայի պահանջները:
Մարտահրավեր.
1) Նյութական համատեղելիություն. Նյութեր գտնելը, որոնք աջակցում են ինչպես բարձրորակ էլեկտրոններին, այնպես էլ ֆոտոնիկ գործառույթներին, կարող են դժվար լինել, քանի որ դրանք հաճախ պահանջում են տարբեր հատկություններ:
2, Գործընթացների համատեղելիություն. Նույն ենթաշերտի վրա էլեկտրոնիկայի եւ ֆոտոնների բազմազան արտադրական գործընթացների ինտեգրումը `առանց որեւէ մեկի կատարողականի ներկայացմանը դաժան գործի:
4, բարդ արտադրություն. Էլեկտրոնային եւ ֆոտոնիկ կառուցվածքների համար անհրաժեշտ բարձր ճշգրտությունը մեծացնում է արտադրության բարդությունն ու արժեքը:

Բազմաֆունկցիոնալ ինտեգրում
Այս մոտեցումը թույլ է տալիս ավելի մեծ ճկունություն ունենալ յուրաքանչյուր գործառույթի համար նյութեր եւ գործընթացներ ընտրելու հարցում: Այս ինտեգրումում էլեկտրոնային եւ ֆոտոնիկ բաղադրիչները գալիս են տարբեր գործընթացներից եւ այնուհետեւ հավաքվում են միասին եւ տեղադրվում են ընդհանուր փաթեթի կամ ենթաշերտի վրա (Նկար 1): Հիմա եկեք նշենք օպտոէլեկտրոնային չիպերի միջեւ կապի ռեժիմները: Ուղղակի կապում. Այս տեխնիկան ներառում է երկու պլանային մակերեսների ուղղակի ֆիզիկական շփում եւ կապում, սովորաբար նպաստում են մոլեկուլային կապող ուժերի, ջերմության եւ ճնշման միջոցով: Այն ունի առավելություն եւ պոտենցիալ շատ ցածր կորուստների կապեր, բայց պահանջում է ճշգրիտ հավասարեցված եւ մաքուր մակերեսներ: Օպտիկամանրաթել / քերող միացում. Այս սխեմայի մեջ մանրաթել կամ մանրաթելային զանգվածը հավասարեցված է եւ կապվում ֆոտոնիկ չիպի եզրին կամ մակերեսին, թույլ տալով, որ լույսը զուգորդվի եւ դուրս է գալիս չիպից: Grating- ը կարող է օգտագործվել նաեւ ուղղահայաց միացման համար, բարելավելով ֆոտոնիկ չիպի եւ արտաքին մանրաթելի միջեւ լույսի փոխանցման արդյունավետությունը: Silicon անցքերի (TSV) եւ միկրո-բամպեր. Միկրո-ուռուցքային կետերի հետ համատեղ, դրանք օգնում են հասնել էլեկտրոնային եւ ֆոտոնիկ չիպերի էլեկտրոնային եւ ֆոտոնիկ չիպերի միջեւ էլեկտրական եւ ֆոտոնիկ չիպերի միջեւ, հարմար է բարձր խտության ինտեգրման համար: Օպտիկական միջնորդի շերտ. Օպտիկական միջնորդի շերտը առանձին ենթաշերտ է, որը պարունակում է օպտիկական ալիքներ, որոնք ծառայում են որպես միջնորդ, չիպսերի միջեւ օպտիկական ազդանշաններ ուղղորդելու համար: Այն թույլ է տալիս ճշգրիտ հավասարեցնել եւ լրացուցիչ պասիվՕպտիկական բաղադրիչներկարող է ինտեգրվել կապի ճկունության բարձրացման համար: Հիբրիդային կապում. Այս առաջադեմ կապակցման տեխնոլոգիան համատեղում է ուղղակի կապի եւ միկրո-բամպերի տեխնոլոգիան `չիպերի եւ բարձրորակ օպտիկական միջերեսների միջեւ բարձր խտության էլեկտրական կապերի հասնելու համար: Հատկապես խոստումնալից է բարձրորակ օպտոէլեկտրոնային համապարփակ: Զինված Bump Bonding. Flip Chip Bonding- ի նման, Զոդման կոճղերը օգտագործվում են էլեկտրական կապեր ստեղծելու համար: Այնուամենայնիվ, օպտոէլեկտրոնային ինտեգրման համատեքստում պետք է հատուկ ուշադրություն դարձնել ջերմային սթրեսի հետեւանքով ֆոտոնիկ բաղադրիչներին վնաս պատճառելուց եւ օպտիկական հավասարեցման պահպանում:

Գծապատկեր 1:

Այս մոտեցումների առավելությունները նշանակալի են. Ինչպես CMOS աշխարհը շարունակում է հետեւել Մուրի օրենքում բարելավումներին, հնարավոր կլինի արագորեն հարմարեցնել CMOS- ի կամ Bi-CMOS- ի յուրաքանչյուր սերունդը `ֆոտոնիկայի եւ էլեկտրոնիկայի լավագույն գործընթացների առավելությունները: Քանի որ ֆոտոնիկան ընդհանուր առմամբ չի պահանջում շատ փոքր կառույցների կեղծիք (մոտ 100 նանոմետր բնորոշ միջոցներ)
Առավելություններ.
1, ճկունություն. Տարբեր նյութեր եւ գործընթացներ կարող են ինքնուրույն օգտագործել `էլեկտրոնային եւ ֆոտոնիկ բաղադրիչների լավագույն կատարման հասնելու համար:
2, Գործընթացների հասունություն. Յուրաքանչյուր բաղադրիչի հասուն արտադրության գործընթացների օգտագործումը կարող է պարզեցնել արտադրությունը եւ նվազեցնել ծախսերը:
3, Ավելի հեշտ արդիականացում եւ սպասարկում. Բաղադրիչների տարանջատումը հնարավորություն է տալիս անհատական ​​բաղադրիչներին փոխարինել կամ ավելի հեշտությամբ վերազատվել, առանց ազդելու ամբողջ համակարգի վրա:
Մարտահրավեր.
1, փոխկապակցման կորուստ. Off-chip- ի միացումը ներկայացնում է ազդանշանի լրացուցիչ վնաս եւ կարող է պահանջել բարդ հավասարեցման ընթացակարգեր:
2, բարդության եւ չափի բարձրացում. Անհատական ​​բաղադրիչները պահանջում են լրացուցիչ փաթեթավորում եւ փոխկապակցվածություն, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ չափերի եւ հավանական ավելի բարձր ծախսերի:
3, ավելի բարձր էներգիայի սպառում. Երկար ազդանշանային ուղիները եւ լրացուցիչ փաթեթավորումը կարող են մեծացնել էլեկտրաէներգիայի պահանջները `համեմատած մոնոլիտ ինտեգրման հետ:
Եզրակացություն.
Մոնոլիտի եւ բազմաֆունկցիոնալ ինտեգրման միջեւ ընտրությունը կախված է դիմումի հատուկ պահանջներից, ներառյալ կատարողականի նպատակները, չափի սահմանափակումները, ծախսերի նկատառումները եւ տեխնոլոգիաների հասունությունը: Չնայած բարդությանը, մոնոլիտ ինտեգրումը ձեռնտու է դիմումների համար, որոնք պահանջում են ծայրահեղ մանրանկարչություն, ցածր էներգիայի սպառումը եւ տվյալների արագ փոխանցումը: Փոխարենը, բազմաֆունկցիոնալ ինտեգրումը առաջարկում է ավելի մեծ դիզայնի ճկունություն եւ օգտագործում է արտադրական առկա հնարավորությունները, այն հարմար դարձնելով դիմումների համար, որտեղ այս գործոնները գերազանցում են ավելի կոշտ ինտեգրման առավելությունները: Որպես հետազոտություններ առաջընթաց են ապրում, հիբրիդային մոտեցումները, որոնք համատեղում են երկու ռազմավարությունների տարրերը, նաեւ ուսումնասիրվում են համակարգի աշխատանքը օպտիմալացնելու համար `միաժամանակ մեղմելու համար յուրաքանչյուր մոտեցման հետ կապված մարտահրավերները: