Оптоелектронна интеграция Метод

ОптоелектроннаМетод на интеграция

Интеграцията наФотоникаИ Electronics е ключова стъпка за подобряване на възможностите на системите за обработка на информация, което позволява по -бързи скорости на пренос на данни, по -ниска консумация на енергия и по -компактни дизайни на устройства и отваряне на огромни нови възможности за проектиране на системата. Методите за интеграция обикновено се разделят на две категории: монолитна интеграция и много чип интеграция.

Монолитна интеграция
Монолитната интеграция включва производство на фотонични и електронни компоненти върху един и същ субстрат, обикновено използвайки съвместими материали и процеси. Този подход се фокусира върху създаването на безпроблемен интерфейс между светлина и електричество в рамките на един чип.
Предимства:
1. Намалете загубите на взаимосвързаност: Поставянето на фотони и електронни компоненти в непосредствена близост минимизира загубите на сигнала, свързани с връзки извън чипа.
2, Подобрена производителност: По -строгата интеграция може да доведе до по -бързи скорости на пренос на данни поради по -къси сигнални пътища и намалена латентност.
3, По-малък размер: Монолитна интеграция позволява силно компактни устройства, които са особено полезни за приложения, ограничени за пространство, като центрове за данни или ръчни устройства.
4, Намалете консумацията на енергия: Елиминирайте необходимостта от отделни пакети и взаимовръзки на дълги разстояния, което може значително да намали изискванията за мощност.
Предизвикателство:
1) Материална съвместимост: Намирането на материали, които поддържат както висококачествени електрони, така и фотонни функции, могат да бъдат предизвикателни, тъй като те често изискват различни свойства.
2, Съвместимост на процеса: Интегриране на разнообразните производствени процеси на електрониката и фотоните върху един и същ субстрат, без да се влошава работата на всеки един компонент е сложна задача.
4, Сложно производство: Високата точност, необходима за електронните и фотононичните структури, увеличава сложността и разходите за производство.

Интеграция с много чип
Този подход позволява по -голяма гъвкавост при избора на материали и процеси за всяка функция. В тази интеграция електронните и фотонните компоненти идват от различни процеси и след това се сглобяват и поставят върху общ пакет или субстрат (Фигура 1). Сега нека изброим режимите на свързване между оптоелектронните чипове. Директно свързване: Тази техника включва директния физически контакт и свързване на две равнинни повърхности, обикновено улеснени от молекулярни свързващи сили, топлина и налягане. Той има предимството на простотата и потенциално много ниски връзки за загуба, но изисква точно подравнени и чисти повърхности. Свързване с влакна/решетка: В тази схема влакното или влакното се подравнява и се свързва с ръба или повърхността на фотонния чип, което позволява светлината да бъде свързана във и извън чипа. Решетката може да се използва и за вертикално свързване, подобрявайки ефективността на предаването на светлина между фотонния чип и външното влакно. Дупките през силикон (TSV) и микро-буци: Дупките през силикон са вертикални взаимовръзки през силициев субстрат, което позволява на чиповете да бъдат подредени в три измерения. В комбинация с микро-изпъкнали точки, те помагат за постигане на електрически връзки между електронни и фотонни чипове в подредени конфигурации, подходящи за интеграция с висока плътност. Оптичен посреднически слой: Оптичният посреднически слой е отделен субстрат, съдържащ оптични вълновода, които служат като посредник за маршрутизиране на оптични сигнали между чипсите. Той позволява прецизно подравняване и допълнително пасивноОптични компонентиможе да бъде интегриран за повишена гъвкавост на връзката. Хибридно свързване: Тази усъвършенствана технология за свързване съчетава директно свързване и микро-по-бупче технология за постигане на електрически връзки с висока плътност между чипове и висококачествени оптични интерфейси. Той е особено обещаващ за високоефективна оптоелектронна съвместна интеграция. Свързване на буца за спойка: Подобно на връзката на флип чип, неравностите на спойка се използват за създаване на електрически връзки. Въпреки това, в контекста на оптоелектронната интеграция трябва да се обърне специално внимание за избягване на увреждане на фотонните компоненти, причинени от термичен стрес и поддържане на оптично подравняване.

Фигура 1 :: Схема за свързване на електрон/фотонен чип-чип

Ползите от тези подходи са значителни: тъй като светът на CMOS продължава да следва подобренията в закона на Мур, ще бъде възможно бързо да се адаптира всяко поколение CMOS или BI-CMOS върху евтин силиконов фотонен чип, като се извлече ползите от най-добрите процеси във фотониката и електрониката. Тъй като фотониката обикновено не изисква производството на много малки структури (ключовите размери от около 100 нанометра са типични) и устройствата са големи в сравнение с транзисторите, икономическите съображения ще имат тенденция да избутват фотоничните устройства да бъдат произведени в отделен процес, отделен от всяка напреднала електроника, необходима за крайния продукт.
Предимства:
1, Гъвкавост: Различните материали и процеси могат да се използват независимо за постигане на най -доброто изпълнение на електронните и фотонните компоненти.
2, Зрелопровода на процеса: Използването на зрели производствени процеси за всеки компонент може да опрости производството и да намали разходите.
3, по -лесна надстройка и поддръжка: Разделянето на компонентите позволява на отделните компоненти да бъдат заменени или надградени по -лесно, без да се засяга цялата система.
Предизвикателство:
1, Загуба на взаимосвързаност: Връзката извън чипа въвежда допълнителна загуба на сигнал и може да изисква сложни процедури за подравняване.
2, Повишена сложност и размер: Отделните компоненти изискват допълнителни опаковки и взаимовръзки, което води до по -големи размери и потенциално по -високи разходи.
3, По -висока консумация на енергия: По -дългите сигнални пътища и допълнителните опаковки могат да увеличат изискванията за мощност в сравнение с монолитната интеграция.
Заключение:
Изборът между монолитна и много чип интеграция зависи от специфичните за приложението изисквания, включително целите на производителността, ограниченията на размера, съображенията за разходите и падежа на технологиите. Въпреки сложността на производството, монолитна интеграция е изгодна за приложения, които изискват екстремна миниатюризация, ниска консумация на енергия и високоскоростно предаване на данни. Вместо това, много чип интеграцията предлага по-голяма гъвкавост на дизайна и използва съществуващите производствени възможности, което го прави подходящ за приложения, където тези фактори надвишават предимствата на по-строгата интеграция. С напредването на изследванията, хибридните подходи, които комбинират елементи от двете стратегии, също се изследват за оптимизиране на ефективността на системата, като същевременно смекчават предизвикателствата, свързани с всеки подход.