Integrazio optoelektronikoaren metodoa

Optoelektronikoaintegrazio metodoa

ren integrazioafotonikaeta elektronika funtsezko urratsa da informazioa prozesatzeko sistemen gaitasunak hobetzeko, datuen transferentzia-abiadura azkarragoak ahalbidetzeko, energia-kontsumo txikiagoa eta gailuen diseinu trinkoagoak ahalbidetzeko eta sistemaren diseinurako aukera berriak zabaltzeko. 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 hau txip bakar baten barruan argiaren eta elektrizitatearen arteko interfazerik gabeko bat sortzean oinarritzen da.
Abantailak:
1. Interkonexioaren galerak murriztea: fotoiak eta osagai elektronikoak hurbil jartzeak txipz kanpoko konexioekin lotutako seinale-galerak gutxitzen ditu.
2, Errendimendu hobetua: integrazio estuagoak datuak transferitzeko abiadura azkarragoak ekar ditzake seinalearen bide laburragoak eta latentzia murrizteko.
3, Tamaina txikiagoa: Integrazio monolitikoak gailu oso trinkoak ahalbidetzen ditu, eta hori bereziki onuragarria da espazio mugatu duten aplikazioetarako, hala nola datu-zentroetarako edo eskuko gailuetarako.
4, murrizteko energia-kontsumoa: kendu pakete bereizi eta distantzia luzeko interkonexioen beharra, eta horrek energia-eskakizunak nabarmen murrizten ditu.
Erronka:
1) Materialen bateragarritasuna: kalitate handiko elektroiak eta funtzio fotonikoak onartzen dituzten materialak aurkitzea zaila izan daiteke, askotan propietate desberdinak behar dituztelako.
2, prozesu bateragarritasuna: elektronika eta fotoien fabrikazio-prozesu desberdinak substratu berean integratzea osagai baten errendimendua hondatu gabe lan konplexua da.
4, Fabrikazio konplexua: egitura elektroniko eta fotonikoetarako behar den doitasun handiak fabrikazioaren konplexutasuna eta kostua areagotzen ditu.

Txip anitzeko integrazioa
Ikuspegi honek malgutasun handiagoa ahalbidetzen du funtzio bakoitzerako materialak eta prozesuak hautatzeko. Integrazio horretan, osagai elektronikoak eta fotonikoak prozesu ezberdinetatik 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 lauren zuzeneko kontaktu fisikoa eta lotzea dakar, normalean lotura molekularren indarrak, beroak eta presioak erraztuta. Sinpletasunaren eta galera oso baxuko konexioen abantailak ditu, baina gainazal zehatzak eta garbiak behar ditu. Zuntz/sare-akoplamendua: eskema honetan, zuntz edo zuntz-matrizea txip fotonikoaren ertzean edo gainazalean lerrokatu eta lotzen da, argia txiparen barruan eta kanpoan akoplatu ahal izateko. Sareak akoplamendu bertikalerako ere erabil daiteke, txip fotonikoaren eta kanpoko zuntzaren arteko argiaren transmisioaren eraginkortasuna hobetuz. Siliziozko zuloak (TSV) eta mikro-kolpeak: Siliziozko zuloak siliziozko substratu baten bidez elkarlotura bertikalak dira, txipak hiru dimentsiotan pilatzeko aukera ematen baitute. Puntu mikroganbilekin konbinatuta, txip elektronikoen eta fotonikoen arteko konexio elektrikoak lortzen laguntzen dute pilatutako konfigurazioetan, dentsitate handiko integraziorako egokiak. Bitarteko geruza optikoa: Bitarteko geruza optikoa uhin-gida optikoak dituen substratu bereizia da, txip artean seinale optikoak bideratzeko bitartekari gisa balio dutenak. Lerrokatze zehatza eta pasibo gehigarria ahalbidetzen duosagai optikoakintegra daiteke konexio-malgutasuna areagotzeko. Lotura hibridoa: lotura-teknologia aurreratu honek lotura zuzena eta mikro-bump teknologia konbinatzen ditu txip eta kalitate handiko interfaze optikoen arteko dentsitate handiko konexio elektrikoak lortzeko. Bereziki itxaropentsua da errendimendu handiko kointegrazio optoelektronikorako. Soldadura-kolpe-lotura: Flip chip-en loturaren antzera, soldadura-kolpeak konexio elektrikoak sortzeko erabiltzen dira. Hala ere, integrazio optoelektronikoaren testuinguruan, arreta berezia jarri behar da tentsio termikoak eragindako osagai fotonikoetan kalteak saihesteko eta lerrokadura optikoa mantentzen.

1. Irudia: : Elektroi/fotoi txiparen arteko lotura-eskema

Ikuspegi hauen onurak nabarmenak dira: CMOS munduak Moore-ren Legean hobekuntzak jarraitzen jarraitzen duen heinean, CMOS edo Bi-CMOS belaunaldi bakoitza azkar egokitzea posible izango da siliziozko txip fotoniko merke batera, prozesu onenen onurak lortuz. fotonika eta elektronika. Fotonikak, oro har, ez duelako egitura oso txikiak fabrikatu behar (100 nanometro inguruko giltza-tamainak tipikoak dira) eta gailuak handiak direnez transistoreekin alderatuta, kontu ekonomikoek gailu fotonikoak prozesu bereizi batean fabrikatzera bultzatuko dituzte, edozein aurreratuetatik bereizita. azken produkturako beharrezkoak diren elektronika.
Abantailak:
1, malgutasuna: material eta prozesu desberdinak modu independentean erabil daitezke osagai elektroniko eta fotonikoen errendimendu onena lortzeko.
2, prozesuaren heldutasuna: osagai bakoitzaren fabrikazio-prozesu helduak erabiltzeak ekoizpena erraztu eta kostuak murrizten ditu.
3, Berritze eta mantentze errazagoak: osagaiak bereizteak osagai indibidualak errazago ordezkatu edo berritu daitezke sistema osoa eragin gabe.
Erronka:
1, interkonexio-galera: txip kanpoko konexioak seinale-galera gehigarria dakar eta lerrokatze-prozedura konplexuak eska ditzake.
2, konplexutasun eta tamaina handiagoa: osagai indibidualek bilgarri eta interkonexio gehigarriak behar dituzte, eta ondorioz, tamaina handiagoak eta kostu handiagoak izan daitezke.
3, potentzia-kontsumo handiagoa: seinale-bide luzeagoek eta ontzi osagarriek energia-eskakizunak handitu ditzakete integrazio monolitikoarekin alderatuta.
Ondorioa:
Integrazio monolitikoa eta txip anitzekoa aukeratzea aplikazioaren eskakizun espezifikoen araberakoa da, besteak beste, errendimendu-helburuak, tamaina-murrizketak, kostuak eta teknologiaren heldutasuna. Fabrikazio konplexutasuna izan arren, integrazio monolitikoa abantailatsua da muturreko miniaturizazioa, potentzia-kontsumo txikia eta abiadura handiko datu-transmisioa behar duten aplikazioetarako. Horren ordez, txip anitzeko integrazioak diseinuaren malgutasun handiagoa eskaintzen du eta lehendik dauden fabrikazio gaitasunak erabiltzen ditu, faktore horiek integrazio estuagoaren onurak gainditzen dituzten aplikazioetarako egokia da. Ikerketak aurrera egin ahala, bi estrategien elementuak konbinatzen dituzten planteamendu hibridoak ere aztertzen ari dira sistemaren errendimendua optimizatzeko, ikuspegi bakoitzari lotutako erronkak arintzen dituzten bitartean.