Optoelektron inteqrasiya üsulu

Optoelektronikinteqrasiya üsulu

inteqrasiyasıfotonikvə elektronika informasiya emalı sistemlərinin imkanlarını təkmilləşdirmək, daha sürətli məlumat ötürmə sürətlərini, daha az enerji istehlakını və daha yığcam cihaz dizaynlarını təmin etmək və sistemin dizaynı üçün böyük yeni imkanlar açmaq üçün əsas addımdır. İnteqrasiya üsulları ümumiyyətlə iki kateqoriyaya bölünür: monolit inteqrasiya və çox çipli inteqrasiya.

Monolit inteqrasiya
Monolit inteqrasiya, adətən uyğun materiallar və proseslərdən istifadə edərək, eyni substratda fotonik və elektron komponentlərin istehsalını əhatə edir. Bu yanaşma bir çip daxilində işıq və elektrik arasında qüsursuz interfeys yaratmağa yönəlib.
Üstünlüklər:
1. Qarşılıqlı əlaqə itkilərini azaldın: Fotonların və elektron komponentlərin yaxınlıqda yerləşdirilməsi çipdən kənar birləşmələrlə bağlı siqnal itkilərini minimuma endirir.
2, Təkmil performans: Daha sıx inteqrasiya, daha qısa siqnal yolları və azaldılmış gecikmə səbəbindən daha sürətli məlumat ötürmə sürətinə səbəb ola bilər.
3, Daha kiçik ölçü: Monolit inteqrasiya yüksək yığcam cihazlara imkan verir ki, bu da məlumat mərkəzləri və ya əl cihazları kimi məkan məhdud proqramlar üçün xüsusilə faydalıdır.
4, enerji istehlakını azaldın: enerji tələblərini əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilən ayrı paketlərə və uzun məsafəli qarşılıqlı əlaqəyə ehtiyacı aradan qaldırın.
Çağırış:
1) Material uyğunluğu: Həm yüksək keyfiyyətli elektronları, həm də fotonik funksiyaları dəstəkləyən materialları tapmaq çətin ola bilər, çünki onlar tez-tez fərqli xüsusiyyətlər tələb edir.
2, proses uyğunluğu: Elektronikanın və fotonların müxtəlif istehsal proseslərinin hər hansı bir komponentin performansını aşağı salmadan eyni substratda inteqrasiyası mürəkkəb bir işdir.
4, Kompleks istehsal: Elektron və fotononik strukturlar üçün tələb olunan yüksək dəqiqlik istehsalın mürəkkəbliyini və maya dəyərini artırır.

Çox çip inteqrasiyası
Bu yanaşma hər bir funksiya üçün material və proseslərin seçilməsində daha çox çevikliyə imkan verir. Bu inteqrasiyada elektron və fotonik komponentlər müxtəlif proseslərdən gəlir və sonra birlikdə yığılır və ümumi paketə və ya substrata yerləşdirilir (Şəkil 1). İndi optoelektronik çiplər arasında bağlanma rejimlərini sadalayaq. Birbaşa bağlama: Bu texnika, adətən molekulyar birləşmə qüvvələri, istilik və təzyiqlə asanlaşdırılan iki planar səthin birbaşa fiziki təması və bağlanmasını əhatə edir. Sadəlik və potensial olaraq çox az itkili birləşmələr üstünlüyünə malikdir, lakin dəqiq düzülmüş və təmiz səthlər tələb edir. Fiber/ızgara birləşməsi: Bu sxemdə lif və ya lif massivi hizalanır və fotonik çipin kənarına və ya səthinə bağlanır, işığın çipin içərisinə və xaricinə qoşulmasına imkan verir. Barmaqlıq, fotonik çip və xarici lif arasında işığın ötürülməsinin səmərəliliyini artıraraq şaquli birləşmə üçün də istifadə edilə bilər. Silikon dəliklər (TSV) və mikro qabarlar: Silikon dəliklər silikon substrat vasitəsilə şaquli bir-birinə bağlanır və fişlərin üç ölçülü yığılmasına imkan verir. Mikro qabarıq nöqtələrlə birləşərək, onlar yüksək sıxlıqlı inteqrasiya üçün uyğun yığılmış konfiqurasiyalarda elektron və fotonik çiplər arasında elektrik əlaqələri əldə etməyə kömək edir. Optik vasitəçi təbəqə: Optik aralıq təbəqə, çiplər arasında optik siqnalların yönləndirilməsi üçün vasitəçi kimi xidmət edən optik dalğa ötürücülərindən ibarət ayrıca bir substratdır. Bu, dəqiq uyğunlaşmaya və əlavə passivliyə imkan veriroptik komponentlərartan əlaqə çevikliyi üçün inteqrasiya oluna bilər. Hibrid birləşdirmə: Bu qabaqcıl birləşdirmə texnologiyası çiplər və yüksək keyfiyyətli optik interfeyslər arasında yüksək sıxlıqlı elektrik əlaqələri əldə etmək üçün birbaşa birləşmə və mikro-bump texnologiyasını birləşdirir. Xüsusilə yüksək performanslı optoelektronik kointeqrasiya üçün perspektivlidir. Lehim qabarının bağlanması: Flip chip bonding kimi, lehim zərbələri elektrik əlaqələri yaratmaq üçün istifadə olunur. Bununla belə, optoelektronik inteqrasiya kontekstində termal gərginliyin səbəb olduğu fotonik komponentlərin zədələnməsinin qarşısını almaq və optik uyğunlaşmanın saxlanmasına xüsusi diqqət yetirilməlidir.

Şəkil 1: : Elektron/foton çipdən çipə bağlanma sxemi

Bu yanaşmaların faydaları əhəmiyyətlidir: CMOS dünyası Mur Qanununda irəliləyişləri izləməyə davam etdikcə, CMOS və ya Bi-CMOS-un hər nəslini ucuz silikon fotonik çipə tez uyğunlaşdırmaq mümkün olacaq. fotonika və elektronika. Fotonika ümumiyyətlə çox kiçik strukturların hazırlanmasını tələb etmədiyindən (təxminən 100 nanometrlik əsas ölçülər tipikdir) və cihazlar tranzistorlarla müqayisədə böyük olduğundan, iqtisadi mülahizələr fotonik cihazları hər hansı qabaqcıl cihazlardan ayrı bir prosesdə istehsal etməyə məcbur edəcək. son məhsul üçün tələb olunan elektronika.
Üstünlüklər:
1, çeviklik: Elektron və fotonik komponentlərin ən yaxşı performansına nail olmaq üçün müxtəlif materiallar və proseslər müstəqil olaraq istifadə edilə bilər.
2, prosesin yetkinliyi: hər bir komponent üçün yetkin istehsal proseslərinin istifadəsi istehsalı sadələşdirə və xərcləri azalda bilər.
3, Asan təkmilləşdirmə və texniki xidmət: Komponentlərin ayrılması bütün sistemə təsir etmədən ayrı-ayrı komponentlərin daha asan dəyişdirilməsinə və ya təkmilləşdirilməsinə imkan verir.
Çağırış:
1, qarşılıqlı əlaqə itkisi: Çipdən kənar əlaqə əlavə siqnal itkisini təqdim edir və mürəkkəb uyğunlaşdırma prosedurlarını tələb edə bilər.
2, artan mürəkkəblik və ölçü: Ayrı-ayrı komponentlər əlavə qablaşdırma və qarşılıqlı əlaqə tələb edir, nəticədə daha böyük ölçülər və potensial olaraq daha yüksək xərclər yaranır.
3, daha yüksək enerji istehlakı: Daha uzun siqnal yolları və əlavə qablaşdırma monolit inteqrasiya ilə müqayisədə güc tələblərini artıra bilər.
Nəticə:
Monolit və çox çip inteqrasiyası arasında seçim tətbiq üçün xüsusi tələblərdən, o cümlədən performans məqsədləri, ölçü məhdudiyyətləri, qiymət mülahizələri və texnologiya yetkinliyi ilə bağlıdır. İstehsalın mürəkkəbliyinə baxmayaraq, monolit inteqrasiya həddindən artıq miniatürləşdirmə, aşağı enerji istehlakı və yüksək sürətli məlumat ötürülməsi tələb edən tətbiqlər üçün faydalıdır. Əksinə, çox çipli inteqrasiya daha çox dizayn çevikliyi təklif edir və mövcud istehsal imkanlarından istifadə edir, bu da onu bu amillərin daha sıx inteqrasiyanın faydalarından daha çox olduğu tətbiqlər üçün uyğun edir. Tədqiqatlar davam etdikcə, hər bir yanaşma ilə bağlı çətinlikləri yumşaltmaqla yanaşı, sistemin performansını optimallaşdırmaq üçün hər iki strategiyanın elementlərini birləşdirən hibrid yanaşmalar da araşdırılır.