Optoelektronikoaintegrazio metodoa
Integrazioa.fotonikaeta elektronika funtsezko urratsa da informazioa prozesatzeko sistemen gaitasunak hobetzeko, datuen transferentzia-tasa azkarragoak, energia-kontsumo txikiagoa eta gailu-diseinu trinkoagoak ahalbidetuz, eta sistema-diseinurako aukera berri handiak irekiz. Integrazio-metodoak, oro har, bi kategoriatan banatzen dira: integrazio monolitikoa eta txip anitzeko integrazioa.
Integrazio monolitikoa
Integrazio monolitikoak osagai fotonikoak eta elektronikoak substratu berean fabrikatzea dakar, normalean material eta prozesu bateragarriak erabiliz. Ikuspegi honek txip bakar batean argiaren eta elektrizitatearen arteko interfaze ezin hobea sortzean jartzen du arreta.
Abantailak:
1. Interkonexio-galerak murriztu: Fotoiak eta osagai elektronikoak hurbil jartzeak txipaz kanpoko konexioekin lotutako seinale-galerak minimizatzen ditu.
2, Errendimendu hobetua: Integrazio estuagoak datuen transferentzia abiadura handiagoak ekar ditzake seinale bide laburragoei eta latentzia murriztuari esker.
3, Tamaina txikiagoa: Integrazio monolitikoak gailu oso trinkoak ahalbidetzen ditu, eta hori bereziki onuragarria da espazio mugatuko aplikazioetarako, hala nola datu-zentroetarako edo eskuko gailuetarako.
4, energia-kontsumoa murriztu: pakete bereizien eta distantzia luzeko interkonexioen beharra ezabatu, eta horrek energia-beharrak nabarmen murriztu ditzake.
Erronka:
1) Materialen bateragarritasuna: Kalitate handiko elektroiak eta funtzio fotonikoak onartzen dituzten materialak aurkitzea erronka izan daiteke, askotan propietate desberdinak behar baitituzte.
2, prozesuen bateragarritasuna: Elektronika eta fotoien fabrikazio-prozesu anitzak substratu berean integratzea, osagai bakar baten errendimendua kaltetu gabe, zeregin konplexua da.
4, Fabrikazio konplexua: Egitura elektroniko eta fotonikoetarako behar den zehaztasun handiak fabrikazioaren konplexutasuna eta kostua handitzen ditu.
Txip anitzeko integrazioa
Ikuspegi honek malgutasun handiagoa ahalbidetzen du funtzio bakoitzerako materialak eta prozesuak hautatzerakoan. Integrazio honetan, osagai elektronikoak eta fotonikoak prozesu desberdinetatik datoz eta gero elkarrekin muntatu eta pakete edo substratu komun batean jartzen dira (1. irudia). Orain, zerrenda ditzagun txip optoelektronikoen arteko lotura moduak. Lotura zuzena: Teknika honek bi gainazal planarren kontaktu fisiko zuzena eta lotura dakar, normalean lotura molekularren indarrek, beroak eta presioak erraztuta. Sinpletasunaren eta potentzialki galera oso txikiko konexioen abantaila du, baina gainazal garbi eta zehatz-mehatz lerrokatuak behar ditu. Zuntz/sare akoplamendua: Eskema honetan, zuntza edo zuntz-multzoa txip fotonikoaren ertzera edo gainazalera lerrokatu eta lotzen da, argia txiparen barrura eta kanpora akoplatzea ahalbidetuz. Sarea akoplamendu bertikalerako ere erabil daiteke, txip fotonikoaren eta kanpoko zuntzaren arteko argi-transmisioaren eraginkortasuna hobetuz. Siliziozko zuloak (TSV) eta mikro-kolpeak: Siliziozko zuloak siliziozko substratu baten bidezko interkonexio bertikalak dira, txipak hiru dimentsiotan pilatzea ahalbidetuz. Mikro-ganbil puntuekin konbinatuta, txip elektronikoen eta fotonikoen arteko konexio elektrikoak lortzen laguntzen dute konfigurazio pilatuetan, dentsitate handiko integraziorako egokiak. Tarteko geruza optikoa: Tarteko geruza optikoa substratu bereizi bat da, txipen arteko seinale optikoak bideratzeko bitartekari gisa balio duten uhin-gida optikoak dituena. Lerrokatze zehatza eta konpresio pasibo gehigarria ahalbidetzen ditu.osagai optikoakKonexio-malgutasuna handitzeko integra daiteke. Lotura hibridoa: Lotura-teknologia aurreratu honek lotura zuzena eta mikro-talka teknologia konbinatzen ditu txipen eta kalitate handiko interfaze optikoen arteko dentsitate handiko konexio elektrikoak lortzeko. Bereziki itxaropentsua da errendimendu handiko kointegrazio optoelektronikorako. Soldadura-talka lotura: Txip-flip loturaren antzera, soldadura-talkak erabiltzen dira konexio elektrikoak sortzeko. Hala ere, integrazio optoelektronikoaren testuinguruan, arreta berezia jarri behar da tentsio termikoak eragindako osagai fotonikoei kalteak saihesteko eta lerrokatze optikoa mantentzeko.
1. irudia: Elektroi/fotoi txiparen arteko lotura-eskema
Ikuspegi hauen onurak nabarmenak dira: CMOS munduak Moore-ren Legearen hobekuntzak jarraitzen dituen heinean, CMOS edo Bi-CMOS belaunaldi bakoitza siliziozko txip fotoniko merkean azkar egokitu ahal izango da, fotonikako eta elektronikako prozesu onenen onurak aprobetxatuz. Fotonikak, oro har, ez duenez egitura oso txikiak fabrikatzea eskatzen (100 nanometro inguruko giltzen tamaina tipikoa da) eta gailuak transistoreekin alderatuta handiak direnez, kontuan hartu beharreko faktore ekonomikoek gailu fotonikoak prozesu bereizi batean fabrikatzera bultzatuko dituzte, azken produkturako beharrezkoak diren elektronika aurreratuetatik bereizita.
Abantailak:
1, malgutasuna: Material eta prozesu desberdinak erabil daitezke modu independentean osagai elektroniko eta fotonikoen errendimendu onena lortzeko.
2, prozesuaren heldutasuna: osagai bakoitzerako fabrikazio-prozesu helduak erabiltzeak ekoizpena sinplifikatu eta kostuak murriztu ditzake.
3, Eguneratze eta mantentze errazagoa: Osagaien bereizketak banakako osagaiak errazago ordezkatu edo eguneratzea ahalbidetzen du sistema osoari eragin gabe.
Erronka:
1, interkonexio-galera: Txipetik kanpoko konexioak seinale-galera gehigarria dakar eta lerrokatze-prozedura konplexuak behar izan ditzake.
2, konplexutasun eta tamaina handiagoa: Banakako osagaiek ontziratze eta interkonexio gehigarriak behar dituzte, eta horrek tamaina handiagoak eta kostu handiagoak izan ditzake.
3, energia-kontsumo handiagoa: Seinale-bide luzeagoek eta pakete gehigarriek energia-eskakizunak handitu ditzakete integrazio monolitikoarekin alderatuta.
Ondorioa:
Integrazio monolitiko eta txip anitzekoaren artean aukeratzea aplikazioaren eskakizun espezifikoen araberakoa da, besteak beste, errendimendu helburuak, tamaina mugak, kostu kontuak eta teknologiaren heldutasuna. Fabrikazio konplexutasuna gorabehera, integrazio monolitikoa abantailagarria da miniaturizazio handia, energia kontsumo txikia eta datu transmisio abiadura handia behar duten aplikazioetarako. Horren ordez, txip anitzeko integrazioak diseinu malgutasun handiagoa eskaintzen du eta dauden fabrikazio gaitasunak erabiltzen ditu, faktore horiek integrazio estuago baten onurak gainditzen dituzten aplikazioetarako egokia bihurtuz. Ikerketak aurrera egin ahala, bi estrategien elementuak konbinatzen dituzten ikuspegi hibridoak ere aztertzen ari dira sistemaren errendimendua optimizatzeko, ikuspegi bakoitzarekin lotutako erronkak arintzeko.
Argitaratze data: 2024ko uztailak 8