Օպտոէլեկտրոնային ինտեգրման մեթոդ

Օպտոէլեկտրոնայինինտեգրման մեթոդ

-ի ինտեգրումըֆոտոնիկաև էլեկտրոնիկան կարևոր քայլ է տեղեկատվական մշակման համակարգերի հնարավորությունների բարելավման համար՝ հնարավորություն տալով տվյալների փոխանցման ավելի արագ տեմպերի, էներգիայի ցածր սպառման և ավելի կոմպակտ սարքերի դիզայնի և համակարգի նախագծման հսկայական նոր հնարավորությունների բացմանը: Ինտեգրման մեթոդները սովորաբար բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ մոնոլիտ ինտեգրում և բազմակի չիպային ինտեգրում։

Մոնոլիտ ինտեգրում
Մոնոլիտ ինտեգրումը ներառում է ֆոտոնային և էլեկտրոնային բաղադրիչների արտադրություն նույն հիմքի վրա՝ սովորաբար օգտագործելով համատեղելի նյութեր և գործընթացներ: Այս մոտեցումը կենտրոնանում է լույսի և էլեկտրաէներգիայի միջև մեկ չիպի ներսում անխափան միջերես ստեղծելու վրա:
Առավելությունները:
1. Կրճատել փոխկապակցման կորուստները. Ֆոտոնների և էլեկտրոնային բաղադրիչների տեղադրումը մոտակայքում նվազագույնի է հասցնում ազդանշանի կորուստները՝ կապված անջատված միացումների հետ:
2, Բարելավված կատարողականություն. ավելի խստացված ինտեգրումը կարող է հանգեցնել տվյալների փոխանցման ավելի արագ արագության՝ ազդանշանի ավելի կարճ ուղիների և հետաձգման կրճատման պատճառով:
3, Ավելի փոքր չափս. Մոնոլիտ ինտեգրումը թույլ է տալիս բարձր կոմպակտ սարքերի, ինչը հատկապես ձեռնտու է տարածության սահմանափակ հավելվածների համար, ինչպիսիք են տվյալների կենտրոնները կամ ձեռքի սարքերը:
4, նվազեցնել էներգիայի սպառումը. վերացնել առանձին փաթեթների և միջքաղաքային փոխկապակցման անհրաժեշտությունը, ինչը կարող է զգալիորեն նվազեցնել էներգիայի պահանջները:
Մարտահրավեր.
1) Նյութերի համատեղելիություն. նյութեր գտնելը, որոնք ապահովում են ինչպես բարձրորակ էլեկտրոններ, այնպես էլ ֆոտոնային ֆունկցիաներ, կարող են դժվար լինել, քանի որ դրանք հաճախ պահանջում են տարբեր հատկություններ:
2, գործընթացների համատեղելիություն. էլեկտրոնիկայի և ֆոտոնների տարբեր արտադրական գործընթացների ինտեգրումը նույն հիմքի վրա՝ առանց որևէ բաղադրիչի աշխատանքի վատթարացման, բարդ խնդիր է:
4, Համալիր արտադրություն. Էլեկտրոնային և ֆոտոնոնային կառույցների համար պահանջվող բարձր ճշգրտությունը մեծացնում է արտադրության բարդությունն ու արժեքը:

Բազմաչիպերի ինտեգրում
Այս մոտեցումը թույլ է տալիս ավելի մեծ ճկունություն ապահովել յուրաքանչյուր գործառույթի համար նյութերի և գործընթացների ընտրության հարցում: Այս ինտեգրման դեպքում էլեկտրոնային և ֆոտոնային բաղադրիչները գալիս են տարբեր գործընթացներից և այնուհետև հավաքվում են միասին և տեղադրվում ընդհանուր փաթեթի կամ հիմքի վրա (Նկար 1): Հիմա եկեք թվարկենք օպտոէլեկտրոնային չիպերի միջև կապի ռեժիմները: Ուղղակի միացում: Այս տեխնիկան ներառում է երկու հարթ մակերևույթների անմիջական ֆիզիկական շփում և կապ, որը սովորաբար նպաստում է մոլեկուլային կապի ուժերին, ջերմությանը և ճնշումին: Այն ունի պարզության և պոտենցիալ շատ քիչ կորստի միացումների առավելություն, սակայն պահանջում է ճշգրիտ հարթեցված և մաքուր մակերեսներ: Օպտիկամանրաթելային/ճաքերի միացում. Այս սխեմայում մանրաթելային կամ մանրաթելային զանգվածը հավասարեցված է և միացված է ֆոտոնիկ չիպի եզրին կամ մակերեսին, ինչը թույլ է տալիս լույսը միացնել չիպի մեջ և դուրս: Վանդակաճաղը կարող է օգտագործվել նաև ուղղահայաց միացման համար՝ բարելավելով լուսային չիպի և արտաքին մանրաթելի միջև լույսի հաղորդման արդյունավետությունը: Սիլիկոնային անցքեր (TSV) և միկրո-խփումներ. Սիլիցիումի միջով անցքերը ուղղահայաց փոխկապակցված են սիլիկոնային ենթաշերտի միջոցով, ինչը թույլ է տալիս չիպերը եռաչափ շարել: Համակցված միկրո ուռուցիկ կետերի հետ՝ դրանք օգնում են էլեկտրական միացումներ ձեռք բերել էլեկտրոնային և ֆոտոնային չիպերի միջև կուտակված կոնֆիգուրացիաներով, որոնք հարմար են բարձր խտության ինտեգրման համար: Օպտիկական միջանկյալ շերտ. Օպտիկական միջանկյալ շերտը առանձին սուբստրատ է, որը պարունակում է օպտիկական ալիքատարներ, որոնք ծառայում են որպես միջնորդ՝ չիպերի միջև օպտիկական ազդանշանները ուղղորդելու համար: Այն թույլ է տալիս ճշգրիտ հավասարեցում և լրացուցիչ պասիվօպտիկական բաղադրիչներկարող է ինտեգրվել կապի ճկունության բարձրացման համար: Հիբրիդային միացում. կապակցման այս առաջադեմ տեխնոլոգիան համատեղում է ուղղակի կապի և միկրո-բախման տեխնոլոգիան՝ չիպերի և բարձրորակ օպտիկական միջերեսների միջև բարձր խտության էլեկտրական միացումների հասնելու համար: Այն հատկապես խոստումնալից է օպտոէլեկտրոնային համաինտեգրման բարձր արդյունավետության համար: Զոդման բշտիկների միացում. նման է պտտվող չիպերի միացմանը, զոդման բշտիկները օգտագործվում են էլեկտրական միացումներ ստեղծելու համար: Այնուամենայնիվ, օպտոէլեկտրոնային ինտեգրման համատեքստում հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել ջերմային սթրեսի հետևանքով առաջացած ֆոտոնային բաղադրիչներին վնասելուց խուսափելու և օպտիկական հավասարեցվածության պահպանմանը:

Նկար 1. Էլեկտրոն/ֆոտոն չիպ-չիպ կապող սխեմա

Այս մոտեցումների առավելությունները նշանակալի են. Քանի որ CMOS աշխարհը շարունակում է հետևել Մուրի օրենքի բարելավմանը, հնարավոր կլինի արագորեն հարմարեցնել CMOS-ի կամ Bi-CMOS-ի յուրաքանչյուր սերունդ էժան սիլիցիումային ֆոտոնային չիպի վրա՝ քաղելով լավագույն գործընթացների օգուտները: ֆոտոնիկա և էլեկտրոնիկա։ Քանի որ ֆոտոնիկան, որպես կանոն, չի պահանջում շատ փոքր կառուցվածքների պատրաստում (հիմնական չափսերը՝ մոտ 100 նանոմետր), իսկ սարքերը մեծ են տրանզիստորների համեմատ, տնտեսական նկատառումները հակված են ստիպելու ֆոտոնիկ սարքերն արտադրվել առանձին գործընթացում՝ առանձնացված ցանկացած առաջադեմից։ վերջնական արտադրանքի համար անհրաժեշտ էլեկտրոնիկա.
Առավելությունները:
1, ճկունություն. Տարբեր նյութեր և գործընթացներ կարող են օգտագործվել ինքնուրույն՝ էլեկտրոնային և ֆոտոնային բաղադրիչների լավագույն կատարման հասնելու համար:
2, գործընթացի հասունություն. յուրաքանչյուր բաղադրիչի համար հասուն արտադրական գործընթացների օգտագործումը կարող է պարզեցնել արտադրությունը և նվազեցնել ծախսերը:
3, Ավելի հեշտ արդիականացում և սպասարկում. Բաղադրիչների տարանջատումը թույլ է տալիս առանձին բաղադրիչները փոխարինել կամ արդիականացնել ավելի հեշտությամբ՝ չազդելով ամբողջ համակարգի վրա:
Մարտահրավեր.
1, փոխկապակցման կորուստ. անջատված միացումն առաջացնում է ազդանշանի լրացուցիչ կորուստ և կարող է պահանջել բարդ հավասարեցման ընթացակարգեր:
2, ավելացել է բարդությունը և չափը. առանձին բաղադրիչները պահանջում են լրացուցիչ փաթեթավորում և փոխկապակցում, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ չափերի և պոտենցիալ ավելի բարձր ծախսերի:
3, ավելի մեծ էներգիայի սպառում. ավելի երկար ազդանշանային ուղիները և լրացուցիչ փաթեթավորումը կարող են մեծացնել էներգիայի պահանջները՝ համեմատած մոնոլիտ ինտեգրման հետ:
Եզրակացություն:
Միաձույլ և բազմակի չիպային ինտեգրման միջև ընտրությունը կախված է հավելվածի հատուկ պահանջներից, ներառյալ կատարողականի նպատակները, չափի սահմանափակումները, ծախսերի նկատառումները և տեխնոլոգիայի հասունությունը: Չնայած արտադրության բարդությանը, մոնոլիտ ինտեգրումը ձեռնտու է այնպիսի ծրագրերի համար, որոնք պահանջում են ծայրահեղ մանրացում, էներգիայի ցածր սպառում և տվյալների փոխանցման բարձր արագություն: Փոխարենը, բազմակի չիպային ինտեգրումն առաջարկում է դիզայնի ավելի մեծ ճկունություն և օգտագործում է առկա արտադրական հնարավորությունները՝ դարձնելով այն հարմար այն ծրագրերի համար, որտեղ այդ գործոնները գերազանցում են ավելի խիստ ինտեգրման առավելությունները: Հետազոտության զարգացմանը զուգընթաց, հիբրիդային մոտեցումները, որոնք համատեղում են երկու ռազմավարությունների տարրերը, նույնպես ուսումնասիրվում են՝ օպտիմալացնելու համակարգի աշխատանքը՝ միաժամանակ մեղմելով յուրաքանչյուր մոտեցման հետ կապված մարտահրավերները: