Метод оптоелектронної інтеграції

ОптоелектроннийМетод інтеграції

ІнтеграціяфотонікаА електроніка - це ключовий крок у вдосконаленні можливостей систем обробки інформації, що дозволяє швидше швидкості передачі даних, зниження споживання електроенергії та більш компактні конструкції пристроїв та відкриття величезних нових можливостей для проектування системи. Методи інтеграції, як правило, поділяються на дві категорії: монолітна інтеграція та інтеграція мультипіків.

Монолітна інтеграція
Монолітна інтеграція передбачає виготовлення фотонних та електронних компонентів на одній підкладці, як правило, використовуючи сумісні матеріали та процеси. Цей підхід зосереджується на створенні безшовного інтерфейсу між світлом та електроенергією в межах однієї мікросхеми.
Переваги:
1. Зменшіть втрати взаємозв'язку: розміщення фотонів та електронних компонентів у безпосередній близькості мінімізує втрати сигналів, пов'язані з підключеннями поза мікросхеми.
2, покращена продуктивність: більш жорстка інтеграція може призвести до більш швидкої швидкості передачі даних через коротші шляхи сигналу та зменшення затримки.
3, менший розмір: монолітна інтеграція дозволяє отримати високо компактні пристрої, що особливо корисно для обмежених космосом додатків, таких як центри обробки даних або портативні пристрої.
4, зменшення споживання електроенергії: усуньте потребу в окремих пакетах та міжміських взаємозв'язках, що може значно зменшити вимоги до електроенергії.
Виклик:
1) Сумісність матеріалу: Пошук матеріалів, які підтримують як якісні електрони, так і фотонні функції, можуть бути складними, оскільки вони часто потребують різних властивостей.
2, сумісність процесу: інтеграція різноманітних виробничих процесів електроніки та фотонів на одній підкладці, не погіршуючи продуктивність будь -якого одного компонента, є складним завданням.
4, Складне виробництво: Висока точність, необхідна для електронних та фотононічних конструкцій, збільшує складність та вартість виробництва.

Інтеграція мультипідйомки
Цей підхід дозволяє отримати більшу гнучкість у виборі матеріалів та процесів для кожної функції. У цій інтеграції електронні та фотонні компоненти надходять з різних процесів і потім збираються разом і розміщуються на загальній упаковці або підкладці (мал. 1). Тепер давайте перерахуємо режими зв'язування між оптоелектронними мікросхемами. Пряме скріплення: Ця методика передбачає прямий фізичний контакт та зв'язування двох плоских поверхонь, як правило, полегшується молекулярними силами, теплом та тиском. Він має перевагу простоти та потенційно дуже низьких втрат, але вимагає точно вирівняних та чистих поверхонь. Зв'язування волокна/решітки: У цій схемі волокно або волокно масив вирівнюють і скріплюють до краю або поверхні фотонного мікросхеми, що дозволяє поєднувати світло в та поза мікросхемою. Решітка також може бути використана для вертикального з'єднання, підвищення ефективності передачі світла між фотонним чіпом та зовнішнім волокном. Через силіконові отвори (TSV) та мікро-пустки: через соліконові отвори-це вертикальні взаємозв'язки через кремній підкладку, що дозволяє скласти мікросхем у трьох вимірах. У поєднанні з мікроконусними точками вони допомагають досягти електричних з'єднань між електронними та фотонними мікросхемами у складених конфігураціях, придатних для інтеграції високої щільності. Оптичний посередницький шар: Оптичний посередник - це окремий підкладка, що містить оптичні хвилеводи, які служать посередником для маршрутизації оптичних сигналів між мікросхемами. Це дозволяє точно вирівняти та додаткові пасивніОптичні компонентиможе бути інтегрований для збільшення гнучкості з'єднання. Гібридне склеювання: Ця вдосконалена технологія зв'язку поєднує в собі пряме зв'язок та мікропідсилки для досягнення електричних з'єднань високої щільності між мікросхемами та високоякісними оптичними інтерфейсами. Це особливо перспективно для високоефективної оптоелектронної спільної інтеграції. Сонця для припою: Подібно до фліп -чіп -скріплення, для створення електричних з'єднань використовуються паяльні удари. Однак у контексті оптоелектронної інтеграції слід приділяти особливу увагу, щоб уникнути пошкодження фотонних компонентів, спричинених тепловим напруженням та підтриманням оптичного вирівнювання.

Рисунок 1 :: Схема зв'язування електронної/фотонної чіп-чіпу

Переваги цих підходів є значущими: Оскільки світ CMOS продовжує дотримуватися вдосконалення закону Мура, можна буде швидко адаптувати кожне покоління CMOS або BI-CMOS на дешеву фотонну мікросхему кремнію, що дістає переваги найкращих процесів у фотоніці та електроніці. Оскільки фотоніка, як правило, не вимагає виготовлення дуже малих структур (основні розміри близько 100 нанометрів є типовими), а пристрої великі порівняно з транзисторами, економічні міркування, як правило, підштовхують фотонні пристрої в окремому процесі, відокремленому від будь -якої передової електроніки, необхідної для кінцевого продукту.
Переваги:
1, гнучкість: різні матеріали та процеси можна використовувати незалежно для досягнення найкращих показників електронних та фотонних компонентів.
2, Зрілість процесу: Використання процесів зрілого виробництва для кожного компонента може спростити виробництво та зменшити витрати.
3, простіше оновлення та технічне обслуговування: розділення компонентів дозволяє легше замінити або модернізувати окремі компоненти, не впливаючи на всю систему.
Виклик:
1, втрата взаємозв'язку: з'єднання Off-Chip вводить додаткові втрати сигналу і може вимагати складних процедур вирівнювання.
2, збільшення складності та розміру: окремі компоненти потребують додаткових упаковки та взаємозв'язків, що призводить до більших розмірів та потенційно більших витрат.
3, більш високе споживання електроенергії: Більш довгі шляхи сигналу та додаткова упаковка можуть збільшити вимоги до потужності порівняно з монолітною інтеграцією.
Висновок:
Вибір між монолітною та мультипільною інтеграцією залежить від конкретних вимог до застосування, включаючи цілі продуктивності, обмеження розмірів, міркування щодо витрат та зрілість технологій. Незважаючи на складність виробництва, монолітна інтеграція є вигідною для застосувань, які потребують надзвичайної мініатюризації, низького споживання електроенергії та високошвидкісної передачі даних. Натомість, інтеграція з мультипід-кілометровою пропонує більшу гнучкість дизайну та використовує існуючі виробничі можливості, що робить його придатним для застосувань, де ці фактори переважають переваги жорсткої інтеграції. У міру просування досліджень також досліджуються гібридні підходи, що поєднують елементи обох стратегій для оптимізації продуктивності системи, одночасно зменшуючи проблеми, пов'язані з кожним підходом.