Optoelektroonilineintegreerimismeetod
IntegreeriminefootonikaJa Electronics on peamine samm infotöötlussüsteemide võimaluste parandamisel, kiiremate andmeedastuskiiruste võimaldamisel, väiksema energiatarbimise ja kompaktsemate seadmete kujundustega ning avades tohutuid uusi võimalusi süsteemi kujundamiseks. Integreerimismeetodid jagunevad üldiselt kahte kategooriasse: monoliitne integreerimine ja mitme chip-integreerimine.
Monoliitne integratsioon
Monoliitne integratsioon hõlmab fotooniliste ja elektrooniliste komponentide tootmist samal substraadil, tavaliselt kasutades ühilduvaid materjale ja protsesse. See lähenemisviis keskendub sujuva liidese loomisele valguse ja elektri vahel ühes kiibis.
Eelised:
1. Vähendage ühenduskadusid: footonite ja elektrooniliste komponentide paigutamine vahetus lähedusse minimeerib signaalide kadu, mis on seotud kiibiväliste ühendustega.
2, täiustatud jõudlus: tihedam integreerimine võib lühema signaalide ja vähenenud latentsusaja tõttu põhjustada kiiremat andmeedastuskiirust.
3, väiksem suurus: monoliitne integratsioon võimaldab väga kompaktseid seadmeid, mis on eriti kasulik kosmose piiratud rakenduste jaoks, näiteks andmekeskused või pihuarvutid.
4, vähendage energiatarbimist: kõrvaldage vajadus eraldi pakkide ja pikamaaühenduste järele, mis võib märkimisväärselt vähendada energiavajadusi.
Väljakutse:
1) Materjali ühilduvus: materjalide leidmine, mis toetavad nii kvaliteetseid elektrone kui ka fotoonilisi funktsioone, võivad olla keerulised, kuna need vajavad sageli erinevaid omadusi.
2, Protsessi ühilduvus: elektroonika ja footonite mitmekesiste tootmisprotsesside integreerimine samal substraadil ilma ühegi komponendi jõudlust halvendamata on keeruline ülesanne.
4, keeruline tootmine: elektrooniliste ja footonooniliste struktuuride jaoks vajalik ülitäpsus suurendab tootmise keerukust ja kulusid.
Mitme Chip-i integreerimine
See lähenemisviis võimaldab suuremat paindlikkust iga funktsiooni materjalide ja protsesside valimisel. Selles integreerimises pärinevad elektroonilised ja foonilised komponendid erinevatest protsessidest ja need koondatakse seejärel kokku ja pannakse ühisele pakendile või substraadile (joonis 1). Nüüd loetleme optoelektrooniliste kiipide vahelised siderežiimid. Otsene sidumine: see tehnika hõlmab kahe tasapinna otsest füüsilist kontakti ja sidumist, mida tavaliselt hõlbustavad molekulaarsed sidemed, kuumus ja rõhk. Selle eeliseks on lihtsus ja potentsiaalselt väga madala kadude ühendused, kuid see nõuab täpselt joondatud ja puhast pinda. Kiud/restiühendus: Selles skeemis joondatakse kiudude või kiudainete massiivi ja ühendatakse fotoonilise kiibi serva või pinnaga, võimaldades valgust ühendada kiibist sisse ja välja. Risti saab kasutada ka vertikaalseks sidumiseks, parandades valguse ülekandumise efektiivsust fotoonilise kiibi ja välise kiu vahel. Läbi silicon augud (TSV) ja mikro-bumps: läbisilicon augud on vertikaalsed ühendused räni substraadi kaudu, võimaldades laastud virnastada kolmes mõõtmes. Kombineeritult mikrokonveksi punktidega aitavad need saavutada elektrilisi ühendusi virnastatud konfiguratsioonides elektrooniliste ja fotooniliste kiipide vahel, mis sobib suure tihedusega integreerimiseks. Optiline vahendaja kiht: optiline vahendaja kiht on eraldi substraat, mis sisaldab optilisi lainejuhte, mis toimivad vahendajana optiliste signaalide marsruutimiseks laastude vahel. See võimaldab täpset joondamist ja täiendavat passiivsetoptilised komponendidsaab integreerida ühenduse suurenenud paindlikkuse saavutamiseks. Hübriidsidemed: see täiustatud sidemetehnoloogia ühendab otsese sidumise ja mikro-bump-tehnoloogia, et saavutada kiibide ja kvaliteetsete optiliste liideste vahel tiheda tihedusega elektriühendused. See on eriti paljutõotav suure jõudlusega optoelektroonilise kaasintegreerimise korral. Jootepuhkuse sidumine: sarnaselt klappide sidumisega kasutatakse elektriliste ühenduste loomiseks jootepunni. Kuid optoelektroonilise integratsiooni kontekstis tuleb erilist tähelepanu pöörata foonikomponentide kahjustamise vältimisele, mis on põhjustatud termilisest stressist ja säilitades optilise joondamise.
Joonis 1 :: Elektron/footonite kiibi ja kittide sidumisskeem
Nende lähenemisviiside eelised on märkimisväärsed: kuna CMOS-i maailm jätkab Moore'i seaduse paranemist, on võimalik iga põlvkonna CMO-de või BI-CMO-de kiirelt kohandada odava räni fotoonilise kiibiga, saades parimate protsesside eeliseid footonikas ja elektroonikas. Kuna footonika ei vaja üldiselt väga väikeste struktuuride valmistamist (tüüpiline on umbes 100 nanomeetrit võtmesuurused) ja seadmed on transistoridega võrreldes suured, kipuvad majanduslikud kaalutlused suruma fotoonilisi seadmeid eraldiseisvas protsessis, mis on eraldatud lõpptoote jaoks vajalikust täiustatud elektroonikast.
Eelised:
1, paindlikkus: erinevaid materjale ja protsesse saab iseseisvalt kasutada elektrooniliste ja fotooniliste komponentide parima jõudluse saavutamiseks.
2, protsessi küpsus: küpsete tootmisprotsesside kasutamine iga komponendi jaoks võib tootmist lihtsustada ja kulusid vähendada.
3, Lihtsam versiooniuuendus ja hooldus: komponentide eraldamine võimaldab üksikuid komponente hõlpsamini välja vahetada või täiendada, mõjutamata kogu süsteemi.
Väljakutse:
1, ühenduse kaotus: kiibiväline ühendus toob kaasa täiendava signaali kadu ja võib vajada keerulisi joondamisprotseduure.
2, suurenenud keerukus ja suurus: üksikud komponendid vajavad täiendavaid pakendeid ja ühendusi, mille tulemuseks on suuremad suurused ja potentsiaalselt suuremad kulud.
3, suurem energiatarve: pikemad signaaliteed ja täiendav pakendamine võivad energiavajadusi suurendada võrreldes monoliitse integreerimisega.
Järeldus:
Monoliitsete ja mitme CHIP-i integreerimise vahel valimine sõltub rakendusespetsiifilistest nõuetest, sealhulgas tulemuslikkuse eesmärkidest, suurusepiirangutest, kulude kaalutlustest ja tehnoloogia küpsusest. Vaatamata tootmise keerukusele on monoliitne integratsioon kasulik rakenduste jaoks, mis nõuavad äärmist miniaturiseerimist, vähe energiatarbimist ja kiiret andmeedastust. Selle asemel pakub multi-chip-integratsioon suuremat disaini paindlikkust ja kasutab olemasolevaid tootmisvõimalusi, muutes selle sobivaks rakendusteks, kus need tegurid kaaluvad üles rangema integreerimise eelised. Uuringute edenedes uuritakse ka hübriidseid lähenemisviise, mis ühendavad mõlema strateegia elemente, et optimeerida süsteemi jõudlust, leevendades samal ajal iga lähenemisviisiga seotud väljakutseid.
Postiaeg: juuli-08-2024