OptoelektronikoaIntegrazio metodoa
IntegrazioafotonikaElektronika funtsezkoa da informazioa prozesatzeko sistemaren gaitasunak hobetzeko, datuen transferentzia-tasak azkarrago, energia kontsumo txikiagoa eta gailu trinkoagoak diseinatzea ahalbidetuz eta sistema diseinatzeko aukera berri ugari irekitzea. Integrazio metodoak orokorrean bi kategoriatan banatzen dira: integrazio monolitikoa eta txip anitzeko integrazioa.
Integrazio monolitikoa
Integrazio monolitikoak substratu berean osagai fotonikoak eta elektronikoak fabrikatzea dakar, normalean material eta prozesu bateragarriak erabiliz. Ikuspegi honek argi eta elektrizitatearen arteko interfaze estua sortzera bideratzen da txip bakar baten barruan.
Abantailak:
1. Murriztu interkonexio-galerak: fotoi eta osagai elektronikoak hurbilean kokatzeak, hemendik kanpoko konexioekin lotutako seinaleak minimizatzen ditu.
2, errendimendu hobetua: integrazio estuagoak datu transferentziaren abiadura azkarragoak ekar ditzake seinale bide laburragoak direla eta latentzia murriztua dela eta.
3, tamaina txikiagoa: integrazio monolitikoak gailu oso trinkoak ahalbidetzen ditu, bereziki onuragarriak dira espazio-aplikazioetarako, hala nola datu zentroak edo eskuko gailuak.
4, energia kontsumoa murriztea: Ezabatu pakete bereizien eta distantzia luzeko interkonektatuen beharra, eta horrek potentzia baldintzak nabarmen murriztu ditzake.
Erronka:
1) Materialen bateragarritasuna: kalitate handiko elektroiak onartzen dituzten materialak aurkitzea eta funtzio fotonikoak erronka izan daitezke, askotan propietate desberdinak behar baitituzte.
2, Prozesuen bateragarritasuna: Elektronika eta fotoien fabrikazio prozesu askotarikoak substratu berean integratzea, osagai inolako errendimendua degradatu gabe, zeregin konplexua da.
4, Fabrikazio konplexua: egitura elektronikoetarako eta fotononikoetarako beharrezkoa den zehaztasun handiak fabrikazioaren konplexutasuna eta kostua areagotzen ditu.
Txip anitzeko integrazioa
Planteamendu honek malgutasun handiagoa ahalbidetzen du funtzio bakoitzeko materialak eta prozesuak hautatzeko. Integrazio honetan osagai elektronikoak eta fotonikoak prozesu desberdinetatik datoz eta gero elkarrekin biltzen dira eta pakete edo substratu arrunt batean kokatzen dira (1. irudia). Orain ikus dezagun txip optoelektronikoen arteko lotura-moduak. Zuzeneko lotura: teknika honek bi gainazal planarekiko harreman fisiko eta lotura zuzena dakar, normalean lotura molekularren indarrak, beroa eta presioa errazten ditu. Sinpletasuna eta galera oso baxuko konexioak dituen abantaila du, baina gainazalak lerrokatuta eta garbiak behar ditu. Zuntz / Grating akoplamendua: Erregimen honetan, zuntz edo zuntz array lerrokatuta dago eta txip fotoiaren ertzera edo azalera lotzen da, argia txipa sartu eta kanpora ateratzeko aukera emanez. Grating akoplamendu bertikaletarako ere erabil daiteke, argiaren transmisioaren eraginkortasuna hobetuz txip fotoiaren eta kanpoko zuntzaren artean. Silikoko zuloen bidez (TSVak) eta mikro-kolpeak: silikonaren zulo bidez tartekatze bertikalak dira silizio substratu baten bidez, txipak hiru dimentsiotan pilatu ahal izateko. Mikro-konbexuko puntuekin konbinatuta, patata frijitu eta fotonikoen arteko lotura elektrikoak lortzen laguntzen dute pilatutako konfigurazioetan, dentsitate handiko integraziorako egokia. Bitartekaritza Geruza Optikoa: Bitartekaritza Gaia optikoa aparteko substratu bat da, sinetsi optikoak txipen artean bitartekari gisa balio duten bitartekari gisa balio dutenak. Lerrokatze zehatza eta pasibo osagarria ahalbidetzen dituOsagai optikoakkonexio malgutasun handiagoa lortzeko integratu daiteke. Lotura hibridoa: lotura-teknologia aurreratu honek lotura zuzeneko eta mikro-bump teknologia uztartzen ditu, doikuntzak eta kalitate handiko interfaze optikoen arteko konexio elektrikoak lortzeko. Errendimendu handiko ko-interoelektronikoarentzako itxaropenarekin oso itxaropentsua da. Soldadura Bump Lotura: Flip Chip loturaren antzekoa, solidore kolpeak konexio elektrikoak sortzeko erabiltzen dira. Hala ere, integrazio optoelektronikoaren testuinguruan, arreta berezia jarri behar da estres termikoek eragindako osagai fotonikoetan kalteak ekiditeko eta lerrokatze optikoa mantentzea.
1. irudia:: elektroi / photon chip-to-chip lotura-eskema
Planteamendu horien onurak nabarmenak dira: CMOS munduak hobekuntzak jarraitzen ditu Mooreren legearen arabera, CMOS edo BI-CMOen belaunaldi bakoitza siliziozko fotoi txipa merke batera egokitzea posible izango da, fotonikan eta elektronikan prozesu onenen onurak biltzen dituena. Fotonikak, oro har, ez du egitura txikien fabrikazioa behar bezala (100 nanometro inguruko tamaina tipikoak dira) eta gailuak handiak dira transistoreekin alderatuta, kontuan hartu beharreko gogoeta ekonomikoak aparteko prozesu batean fabrikatu beharreko gailu fotonikoak, azken produkturako beharrezkoak diren elektronika aurreratuetatik bereizita.
Abantailak:
1, Malgutasuna: material eta prozesu desberdinak modu independentean erabil daitezke osagai elektroniko eta fotonikoen errendimendu onena lortzeko.
2, Prozesuen heldutasuna: osagai bakoitzerako fabrikazio prozesu helduak erabiltzeak produkzioa sinplifikatu dezake eta kostuak murriztu ditzake.
3, errazago berritzea eta mantentzea: osagaiak bereiztea ahalbidetzen du osagai banakakoak errazago ordezkatu edo berritzeko sistema osoari eragin gabe.
Erronka:
1, Interkonexioaren galera: kanpoko konexioak seinale galera gehigarria aurkezten du eta lerrokatze prozedura konplexuak behar ditu.
2, konplexutasun handiagoa eta tamaina handitu: Osagai indibidualek ontziak eta interkonexio gehigarriak behar dituzte, tamaina handiagoak eta potentzialki kostu handiagoak lortuz.
3, potentzia kontsumo handiagoa: seinale bide luzeagoak eta ontziak osagarriak potentzia baldintzak areagotu ditzakete integrazio monolitikoarekin alderatuta.
Ondorioa:
Integrazio monolitikoaren eta anitzeko integrazioaren artean aukeratzea aplikazioen berariazko eskakizunen araberakoa da, errendimenduaren helburuak, tamainaren mugak, kostuen gogoetak eta teknologiaren heldutasuna barne. Konplexutasuna izan arren, integrazio monolitikoa abantaila da muturreko miniaturizazioa, energia kontsumo txikia eta abiadura handiko datuen transmisioa behar dituzten aplikazioetarako. Horren ordez, txip anitzeko integrazioak diseinu malgutasun handiagoa eskaintzen du eta lehendik dauden fabrikazio gaitasunak erabiltzen ditu, faktore horiek integrazio estuagoaren onurak gainditzen dituzten aplikazioetarako egokia da. Ikerketa aurrera egin ahala, bi estrategien elementuak konbinatzen dituzten ikuspegi hibridoak aztertzen ari dira sistemaren errendimendua optimizatzeko ikuspegi bakoitzari lotutako erronkak arintzen diren bitartean.
Posta: 20120ko uztailaren 08a