Optoelektronikosintegravimo metodas
Integracijafotonikair elektronika yra svarbus žingsnis gerinant informacijos apdorojimo sistemų galimybes, įgalinant didesnį duomenų perdavimo greitį, mažesnes energijos sąnaudas ir kompaktiškesnius įrenginių dizainus, taip pat atveriant didžiules naujas sistemų projektavimo galimybes. Integravimo metodai paprastai skirstomi į dvi kategorijas: monolitinę integraciją ir daugialustę integraciją.
Monolitinė integracija
Monolitinė integracija apima fotoninių ir elektroninių komponentų gamybą ant to paties pagrindo, paprastai naudojant suderinamas medžiagas ir procesus. Šis metodas orientuotas į vientisos šviesos ir elektros sąsajos sukūrimą viename luste.
Privalumai:
1. Sumažinkite sujungimo nuostolius: fotonų ir elektroninių komponentų išdėstymas arti vienas kito sumažina signalo nuostolius, susijusius su jungtimis atskirai nuo lusto.
2. Pagerintas našumas: glaudesnė integracija gali padidinti duomenų perdavimo greitį dėl trumpesnių signalo kelių ir sumažinto delsos laiko.
3. Mažesnis dydis: Monolitinė integracija leidžia sukurti labai kompaktiškus įrenginius, o tai ypač naudinga ribotos erdvės taikymams, pvz., duomenų centrams ar nešiojamiesiems įrenginiams.
4, sumažinkite energijos suvartojimą: nebereikia atskirų pakuočių ir tolimųjų jungčių, o tai gali žymiai sumažinti energijos poreikius.
Iššūkis:
1) Medžiagų suderinamumas: rasti medžiagų, kurios palaikytų ir 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 našumo yra sudėtinga užduotis.
4. Sudėtinga gamyba: didelis tikslumas, reikalingas elektroninėms ir fotoninėms struktūroms, padidina gamybos sudėtingumą ir sąnaudas.
Daugialustė integracija
Šis metodas suteikia didesnį lankstumą renkantis medžiagas ir procesus kiekvienai funkcijai. Šioje integracijoje elektroniniai ir fotoniniai komponentai gaunami iš skirtingų procesų, o vėliau surenkami ir dedami ant bendro korpuso arba pagrindo (1 pav.). Dabar išvardinkime optoelektroninių lustų sujungimo būdus. Tiesioginis sujungimas: ši technika apima tiesioginį fizinį dviejų plokščių paviršių kontaktą ir sujungimą, kurį paprastai palengvina molekulinės jungimo jėgos, šiluma ir slėgis. Ji turi paprastumo ir potencialiai labai mažų nuostolių jungčių pranašumą, tačiau reikalauja tiksliai suderintų ir švarių paviršių. Šviesolaidžio / gardelės sujungimas: pagal šią schemą pluoštas arba pluošto masyvas yra suderintas ir sujungtas su fotoninio lusto kraštu arba paviršiumi, leidžiant šviesai būti sujungtai į lustą ir iš jo. Gardelė taip pat gali būti naudojama vertikaliam sujungimui, pagerinant šviesos perdavimo tarp fotoninio lusto ir išorinio pluošto efektyvumą. Silicio skylės (TSV) ir mikro iškilimai: Silicio skylės yra vertikalios jungtys per silicio pagrindą, leidžiančios lustus sukrauti trimis matmenimis. Kartu su mikro išgaubtais taškais jie padeda sukurti elektrinius ryšius tarp elektroninių ir fotoninių lustų sluoksniuotose konfigūracijose, tinkamose didelio tankio integracijai. Optinis tarpinis sluoksnis: optinis tarpinis sluoksnis yra atskiras substratas, kuriame yra optinių bangolaidžių, kurie tarnauja kaip tarpininkas optiniams signalams tarp lustų nukreipti. Tai leidžia tiksliai suderinti ir papildomai pritaikyti pasyvius elementus.optiniai komponentaigalima integruoti, siekiant didesnio jungčių lankstumo. Hibridinis sujungimas: ši pažangi sujungimo technologija sujungia tiesioginį sujungimą ir mikro iškilimų technologiją, kad būtų pasiektas didelio tankio elektrinis sujungimas tarp lustų ir aukštos kokybės optinių sąsajų. Tai ypač perspektyvu didelio našumo optoelektroninei kointegracijai. Litavimo iškilimų sujungimas: panašiai kaip „flip chip“ sujungimas, litavimo iškilimai naudojami elektrinėms jungtims sukurti. Tačiau optoelektroninės integracijos kontekste ypatingas dėmesys turi būti skiriamas fotoninių komponentų pažeidimams, kuriuos sukelia terminis įtempis, ir optinio išlygiavimo palaikymui.
1 pav.: Elektronų/fotonų lustų sujungimo schema
Šių metodų privalumai yra reikšmingi: CMOS pasauliui toliau tobulėjant Moore'o dėsniui, bus galima greitai pritaikyti kiekvieną CMOS arba Bi-CMOS kartą ant pigaus silicio fotoninio lusto, pasinaudojant geriausių fotonikos ir elektronikos procesų privalumais. Kadangi fotonikai paprastai nereikia gaminti labai mažų struktūrų (įprasti raktų dydžiai yra apie 100 nanometrų), o įtaisai yra dideli, palyginti su tranzistoriais, ekonominiai sumetimai bus linkę skatinti fotoninių įtaisų gamybą atskirame procese, atskirtame nuo bet kokios pažangios elektronikos, reikalingos galutiniam produktui.
Privalumai:
1, lankstumas: skirtingos medžiagos ir procesai gali būti naudojami nepriklausomai, siekiant geriausių elektroninių ir fotoninių komponentų savybių.
2, proceso branda: brandžių gamybos procesų naudojimas kiekvienam komponentui gali supaprastinti gamybą ir sumažinti sąnaudas.
3. Lengvesnis atnaujinimas ir priežiūra: Komponentų atskyrimas leidžia lengviau pakeisti arba atnaujinti atskirus komponentus, nepaveikiant visos sistemos.
Iššūkis:
1. Sujungimo nuostoliai: Ne lustų jungtis sukelia papildomus signalo nuostolius ir gali reikėti sudėtingų derinimo procedūrų.
2, padidėjęs sudėtingumas ir dydis: atskiriems komponentams reikalingas papildomas pakavimas ir sujungimai, todėl jų dydis ir gali padidėti išlaidos.
3, didesnis energijos suvartojimas: ilgesni signalo keliai ir papildoma pakuotė gali padidinti energijos poreikius, palyginti su monolitine integracija.
Išvada:
Pasirinkimas tarp monolitinės ir daugialuščių integracijos priklauso nuo konkrečių taikymo reikalavimų, įskaitant našumo tikslus, dydžio apribojimus, sąnaudų aspektus ir technologijos brandą. Nepaisant gamybos sudėtingumo, monolitinė integracija yra naudinga toms programoms, kurioms reikalingas ypatingas miniatiūrizavimas, mažos energijos sąnaudos ir didelis duomenų perdavimo greitis. Vietoj to, daugialuščių integracija siūlo didesnį projektavimo lankstumą ir išnaudoja esamus gamybos pajėgumus, todėl ji tinka toms programoms, kuriose šie veiksniai nusveria glaudesnės integracijos privalumus. Tyrimams tęsiantis, taip pat tiriami hibridiniai metodai, kurie apjungia abiejų strategijų elementus, siekiant optimizuoti sistemos našumą ir kartu sumažinti su kiekvienu metodu susijusius iššūkius.
Įrašo laikas: 2024 m. liepos 8 d.