Optoelektroninės integracijos metodas

Optoelektronikaintegravimo metodas

Integracija išfotonikao elektronika yra esminis žingsnis tobulinant informacijos apdorojimo sistemų galimybes, įgalinantis greitesnį duomenų perdavimo greitį, mažesnį energijos suvartojimą ir kompaktiškesnį įrenginių dizainą bei atveriantis didžiules naujas sistemų projektavimo galimybes. Integravimo metodai paprastai skirstomi į dvi kategorijas: monolitinė integracija ir kelių lustų integracija.

Monolitinė integracija
Monolitinė integracija apima fotoninių ir elektroninių komponentų gamybą ant to paties pagrindo, paprastai naudojant suderinamas medžiagas ir procesus. Šis metodas skirtas sukurti vientisą šviesos ir elektros sąsają viename luste.
Privalumai:
1. Sumažinkite sujungimo nuostolius: fotonų ir elektroninių komponentų išdėstymas arti sumažina signalo praradimą, susijusį su jungtimis išjungties mikroschemose.
2, geresnis našumas: griežtesnė integracija gali padidinti duomenų perdavimo greitį dėl trumpesnių signalo kelių ir sumažėjusio delsos.
3, mažesnis dydis: monolitinis integravimas leidžia naudoti labai kompaktiškus įrenginius, o tai ypač naudinga naudojant ribotą erdvę, pvz., duomenų centrus ar delninius įrenginius.
4, sumažinkite energijos suvartojimą: pašalinkite atskirų paketų ir tolimojo susisiekimo sujungimų poreikį, o tai gali žymiai sumažinti energijos poreikį.
Iššūkis:
1) Medžiagų suderinamumas: Rasti medžiagas, kurios palaiko aukštos kokybės elektronus ir fotonines funkcijas, gali būti sudėtinga, nes joms dažnai reikia skirtingų savybių.
2, procesų suderinamumas: Įvairių elektronikos ir fotonų gamybos procesų integravimas ant to paties pagrindo nepabloginant nė vieno komponento veikimo yra sudėtinga užduotis.
4, sudėtinga gamyba: didelis tikslumas, reikalingas elektroninėms ir fotoninėms struktūroms, padidina gamybos sudėtingumą ir kainą.

Kelių lustų integracija
Šis metodas suteikia daugiau lankstumo pasirenkant medžiagas ir procesus kiekvienai funkcijai. Šioje integracijoje elektroniniai ir fotoniniai komponentai gaunami iš skirtingų procesų, tada surenkami kartu ir dedami ant bendros pakuotės arba pagrindo (1 pav.). Dabar išvardinkime optoelektroninių lustų sujungimo režimus. Tiesioginis sujungimas: Šis metodas apima tiesioginį fizinį dviejų plokščių paviršių kontaktą ir sujungimą, kurį paprastai palengvina molekulinės surišimo jėgos, šiluma ir slėgis. Jis turi paprastumo ir potencialiai labai mažų nuostolių jungčių pranašumą, tačiau reikalauja tiksliai išlygintų ir švarių paviršių. Pluošto / grotelių sujungimas: pagal šią schemą pluoštas arba pluošto matrica yra išlygiuota ir prijungta prie fotoninio lusto krašto arba paviršiaus, todėl šviesa gali būti prijungta prie lusto ir iš jo. Grotelės taip pat gali būti naudojamos vertikaliam sujungimui, pagerinant šviesos perdavimo tarp fotoninio lusto ir išorinio pluošto efektyvumą. Silicio skylės (TSV) ir mikro nelygumai: per silicio skyles yra vertikalios jungtys per silicio pagrindą, leidžiančios drožles sukrauti trimis matmenimis. Kartu su mikro išgaubtais taškais jie padeda sukurti elektrines jungtis tarp elektroninių ir fotoninių lustų sukrautomis konfigūracijomis, tinkančiomis didelio tankio integravimui. Optinis tarpinis sluoksnis: tarpinis optinis sluoksnis yra atskiras substratas, kuriame yra optinių bangolaidžių, kurie tarnauja kaip tarpininkas nukreipiant optinius signalus tarp lustų. Tai leidžia tiksliai išlyginti ir papildomai pasyvintioptiniai komponentaigali būti integruotas, kad būtų padidintas ryšio lankstumas. Hibridinis sujungimas: ši pažangi sujungimo technologija sujungia tiesioginį sujungimą ir mikro-bump technologijas, kad būtų pasiektas didelio tankio elektrinis sujungimas tarp lustų ir aukštos kokybės optinių sąsajų. Tai ypač perspektyvi didelio našumo optoelektroninei kointegracijai. Litavimo taškelių sujungimas: Panašiai kaip ir flip chip klijavimas, litavimo iškilimai naudojami elektros jungtims sukurti. Tačiau optoelektroninės integracijos kontekste ypatingas dėmesys turi būti skiriamas tam, kad būtų išvengta fotoninių komponentų pažeidimo, kurį sukelia šiluminis įtempis, ir išlaikyti optinį derinimą.

1 paveikslas: : Elektronų/fotonų lusto sujungimo schema

Šių metodų privalumai yra reikšmingi: CMOS pasauliui ir toliau tobulėjant Moore'o dėsniui, bus galima greitai pritaikyti kiekvieną CMOS ar Bi-CMOS kartą į pigų silicio fotoninį lustą, pasinaudojant geriausių procesų pranašumais. fotonika ir elektronika. Kadangi fotonikai paprastai nereikia gaminti labai mažų konstrukcijų (tipiniai raktų dydžiai yra apie 100 nanometrų), o įrenginiai yra dideli, palyginti su tranzistoriais, dėl ekonominių priežasčių fotoniniai prietaisai turi būti gaminami atskiru procesu, atskirti nuo bet kokių pažangių. galutiniam produktui reikalinga elektronika.
Privalumai:
1, lankstumas: skirtingos medžiagos ir procesai gali būti naudojami atskirai, kad būtų pasiektas geriausias elektroninių ir fotoninių komponentų veikimas.
2, proceso branda: brandžių gamybos procesų naudojimas kiekvienam komponentui gali supaprastinti gamybą ir sumažinti išlaidas.
3, Lengvesnis atnaujinimas ir priežiūra: komponentų atskyrimas leidžia lengviau pakeisti arba atnaujinti atskirus komponentus, nepažeidžiant visos sistemos.
Iššūkis:
1, sujungimo praradimas: jungtis be lusto sukelia papildomą signalo praradimą ir gali prireikti sudėtingų derinimo procedūrų.
2, didesnis sudėtingumas ir dydis: atskiriems komponentams reikia papildomos pakuotės ir sujungimų, todėl jų dydžiai ir gali būti didesni.
3, didesnis energijos suvartojimas: ilgesni signalo keliai ir papildoma pakuotė gali padidinti energijos poreikį, palyginti su monolitine integracija.
Išvada:
Pasirinkimas tarp monolitinės ir kelių lustų integracijos priklauso nuo konkrečios programos reikalavimų, įskaitant našumo tikslus, dydžio apribojimus, sąnaudas ir technologijos brandą. Nepaisant gamybos sudėtingumo, monolitinė integracija yra naudinga programoms, kurioms reikalingas ypatingas miniatiūrizmas, mažas energijos suvartojimas ir didelės spartos duomenų perdavimas. Vietoj to, kelių lustų integravimas suteikia didesnį dizaino lankstumą ir išnaudoja esamas gamybos galimybes, todėl jis tinkamas programoms, kuriose šie veiksniai nusveria glaudesnės integracijos naudą. Vykstant tyrimams, taip pat tiriami mišrūs metodai, kuriuose derinami abiejų strategijų elementai, siekiant optimizuoti sistemos našumą ir sušvelninti su kiekvienu metodu susijusius iššūkius.