Opto -elektroniese integrasie -metode

Opto -elektroniesIntegrasiemetode

Die integrasie vanfotonikaEn Electronics is 'n belangrike stap in die verbetering van die vermoëns van inligtingverwerkingstelsels, wat vinniger data -oordragstempo, laer kragverbruik en meer kompakte toestelontwerpe moontlik maak, en die nuwe nuwe geleenthede vir stelselontwerp open. Integrasiemetodes word oor die algemeen in twee kategorieë verdeel: monolitiese integrasie en multi-chip-integrasie.

Monolitiese integrasie
Monolitiese integrasie behels die vervaardiging van fotoniese en elektroniese komponente op dieselfde substraat, gewoonlik met behulp van versoenbare materiale en prosesse. Hierdie benadering fokus op die skep van 'n naatlose koppelvlak tussen lig en elektrisiteit binne 'n enkele skyfie.
Voordele:
1. Verminder die verlies aan interkonneksie: die plasing van fotone en elektroniese komponente in die nabyheid verminder die seinverliese wat verband hou met off-chip-verbindings.
2, Verbeterde werkverrigting: Strenger integrasie kan lei tot vinniger snelhede van data -oordrag as gevolg van korter seinpaaie en verminderde latency.
3, Kleiner grootte: Monolitiese integrasie maak voorsiening vir hoogs kompakte toestelle, wat veral voordelig is vir ruimtebeperkte toepassings, soos datasentrums of handtoestelle.
4, verminder kragverbruik: skakel die behoefte aan afsonderlike pakkette en langafstand-interkonnekte uit, wat die kragvereistes aansienlik kan verminder.
Uitdaging:
1) Materiële verenigbaarheid: om materiale te vind wat beide elektrone van hoë gehalte en fotoniese funksies ondersteun, kan uitdagend wees omdat dit dikwels verskillende eienskappe benodig.
2, Prosesversoenbaarheid: integrasie van die uiteenlopende vervaardigingsprosesse van elektronika en fotone op dieselfde substraat sonder om die prestasie van een komponent te verneder, is 'n ingewikkelde taak.
4, Komplekse vervaardiging: die hoë presisie wat benodig word vir elektroniese en fotononiese strukture verhoog die kompleksiteit en koste van vervaardiging.

Multi-chip-integrasie
Hierdie benadering maak voorsiening vir groter buigsaamheid in die keuse van materiale en prosesse vir elke funksie. In hierdie integrasie kom die elektroniese en fotoniese komponente uit verskillende prosesse en word dit dan aanmekaar gesit en op 'n gemeenskaplike pakket of substraat geplaas (Figuur 1). Laat ons nou die bindingsmetodes tussen opto -elektroniese skyfies lys. Direkte binding: Hierdie tegniek behels die direkte fisiese kontak en binding van twee vlak oppervlaktes, wat gewoonlik vergemaklik word deur molekulêre bindingskragte, hitte en druk. Dit het die voordeel van eenvoud en potensieel baie lae verliesverbindings, maar dit verg presies belynde en skoon oppervlaktes. Vesel/traliewerkkoppeling: In hierdie skema word die vesel- of veselarray in lyn gebring en aan die rand of oppervlak van die fotoniese skyfie gebind, waardeur lig in en uit die skyf gekoppel kan word. Die traliewerk kan ook gebruik word vir vertikale koppeling, wat die doeltreffendheid van die oordrag van lig tussen die fotoniese chip en die eksterne vesel verbeter. Deur-silikongate (TSV's) en mikro-bultjies: deur-silikongate is vertikale interkonnekte deur 'n silikon-substraat, waardeur die skyfies in drie dimensies gestapel kan word. Gekombineer met mikro-konvekse punte, help dit om elektriese verbindings tussen elektroniese en fotoniese skyfies in opgestapelde konfigurasies te bewerkstellig, geskik vir integrasie met 'n hoë digtheid. Optiese tussengangerlaag: Die optiese tussengangerlaag is 'n aparte substraat wat optiese golfgeleiers bevat wat dien as tussenganger vir die routing van optiese seine tussen skyfies. Dit maak voorsiening vir presiese belyning en addisionele passieweOptiese komponentekan geïntegreer word vir verhoogde verbinding buigsaamheid. Hibriede binding: Hierdie gevorderde bindingstegnologie kombineer direkte binding en mikro-bult-tegnologie om elektriese verbindings met 'n hoë digtheid tussen skyfies en optiese koppelvlakke van hoë gehalte te bewerkstellig. Dit is veral belowend vir hoëprestasie-opto-elektroniese mede-integrasie. Soldeerbultbinding: Soortgelyk aan die binding van die flip -chip, word soldeershobbels gebruik om elektriese verbindings te skep. In die konteks van opto -elektroniese integrasie moet spesiale aandag geskenk word aan die vermyding van skade aan fotoniese komponente wat veroorsaak word deur termiese spanning en die handhawing van optiese belyning.

Figuur 1 :: elektron/foton-chip-tot-chip-bindingskema

Die voordele van hierdie benaderings is beduidend: aangesien die CMOS-wêreld steeds verbeterings in Moore se wet volg, sal dit moontlik wees om elke generasie CMO's of BI-CMO's vinnig aan te pas op 'n goedkoop silikonfotoniese skyfie, wat die voordele van die beste prosesse in fotonika en elektronika pluk. Aangesien fotonika oor die algemeen nie die vervaardiging van baie klein strukture benodig nie (sleutelgroottes van ongeveer 100 nanometers is tipies) en toestelle is groot in vergelyking met transistors, sal ekonomiese oorwegings geneig wees om fotoniese toestelle in 'n aparte proses te vervaardig, geskei van enige gevorderde elektronika wat benodig word vir die finale produk.
Voordele:
1, buigsaamheid: verskillende materiale en prosesse kan onafhanklik gebruik word om die beste werkverrigting van elektroniese en fotoniese komponente te bereik.
2, Proses volwassenheid: die gebruik van volwasse vervaardigingsprosesse vir elke komponent kan die produksie vergemaklik en koste verlaag.
3, makliker opgradering en onderhoud: die skeiding van komponente laat toe dat individuele komponente makliker vervang of opgegradeer kan word sonder om die hele stelsel te beïnvloed.
Uitdaging:
1, Verbinding met onderlinge verbinding: die verbinding met die handskyf stel addisionele seinverlies in en kan ingewikkelde belyningsprosedures verg.
2, verhoogde kompleksiteit en grootte: individuele komponente benodig addisionele verpakking en interkonneksies, wat lei tot groter groottes en potensieel hoër koste.
3, Hoër kragverbruik: langer seinpaadjies en addisionele verpakking kan die kragvereistes verhoog in vergelyking met monolitiese integrasie.
Gevolgtrekking:
Die keuse tussen monolitiese en multi-chip-integrasie hang af van toepassingspesifieke vereistes, insluitend prestasiedoelwitte, groottebeperkings, koste-oorwegings en volwassenheid van tegnologie. Ondanks die vervaardigingskompleksiteit, is monolitiese integrasie voordelig vir toepassings wat ekstreme miniatuur, lae kragverbruik en hoëspoed-data-oordrag benodig. In plaas daarvan bied multi-chip-integrasie groter ontwerpbuigsaamheid en gebruik bestaande vervaardigingsvermoëns, wat dit geskik maak vir toepassings waar hierdie faktore swaarder weeg as die voordele van strenger integrasie. Namate navorsing vorder, word hibriede benaderings wat elemente van beide strategieë kombineer, ook ondersoek om die stelselprestasie te optimaliseer, terwyl die uitdagings wat met elke benadering verband hou, verminder.