Paraan ng Pagsasama ng Optoelectronic

OptoelectronicParaan ng Pagsasama

Ang pagsasama ngPhotonicsAt ang Electronics ay isang pangunahing hakbang sa pagpapabuti ng mga kakayahan ng mga sistema ng pagproseso ng impormasyon, pagpapagana ng mas mabilis na mga rate ng paglilipat ng data, mas mababang pagkonsumo ng kuryente at mas compact na disenyo ng aparato, at pagbubukas ng malaking bagong mga pagkakataon para sa disenyo ng system. Ang mga pamamaraan ng pagsasama ay karaniwang nahahati sa dalawang kategorya: pagsasama ng monolitik at pagsasama ng multi-chip.

Pagsasama ng Monolitiko
Ang pagsasama ng monolitik ay nagsasangkot ng paggawa ng mga photonic at electronic na sangkap sa parehong substrate, karaniwang gumagamit ng mga katugmang materyales at proseso. Ang pamamaraang ito ay nakatuon sa paglikha ng isang walang tahi na interface sa pagitan ng ilaw at kuryente sa loob ng isang solong chip.
Mga kalamangan:
1. Bawasan ang mga pagkalugi ng interconnection: ang paglalagay ng mga photon at elektronikong sangkap sa malapit na kalapitan ay nagpapaliit ng mga pagkalugi ng signal na nauugnay sa mga koneksyon sa off-chip.
2, Pinahusay na Pagganap: Ang mas magaan na pagsasama ay maaaring humantong sa mas mabilis na bilis ng paglipat ng data dahil sa mas maiikling mga landas ng signal at nabawasan ang latency.
3, mas maliit na sukat: Ang pagsasama ng monolitik ay nagbibigay-daan para sa lubos na mga compact na aparato, na partikular na kapaki-pakinabang para sa mga aplikasyon na limitado sa espasyo, tulad ng mga data center o mga handheld na aparato.
4, Bawasan ang pagkonsumo ng kuryente: Tanggalin ang pangangailangan para sa magkahiwalay na mga pakete at mga magkakaugnay na distansya, na maaaring makabuluhang bawasan ang mga kinakailangan sa kuryente.
Hamon:
1) Materyal na pagiging tugma: Ang paghahanap ng mga materyales na sumusuporta sa parehong de-kalidad na mga elektron at photonic function ay maaaring maging hamon dahil madalas silang nangangailangan ng iba't ibang mga pag-aari.
2, Kakayahan sa Proseso: Pagsasama ng magkakaibang mga proseso ng pagmamanupaktura ng mga electronics at photon sa parehong substrate nang hindi pinapabagal ang pagganap ng anumang isang sangkap ay isang kumplikadong gawain.
4, kumplikadong pagmamanupaktura: Ang mataas na katumpakan na kinakailangan para sa mga istruktura ng elektroniko at photononic ay nagdaragdag ng pagiging kumplikado at gastos ng pagmamanupaktura.

Pagsasama ng multi-chip
Ang pamamaraang ito ay nagbibigay -daan para sa higit na kakayahang umangkop sa pagpili ng mga materyales at proseso para sa bawat pag -andar. Sa pagsasama na ito, ang mga elektronikong at photonic na sangkap ay nagmula sa iba't ibang mga proseso at pagkatapos ay tipunin nang magkasama at inilalagay sa isang karaniwang pakete o substrate (Larawan 1). Ngayon ilista natin ang mga mode ng bonding sa pagitan ng mga optoelectronic chips. Direktang Bonding: Ang pamamaraan na ito ay nagsasangkot ng direktang pisikal na pakikipag -ugnay at pag -bonding ng dalawang planar na ibabaw, na karaniwang pinadali ng mga pwersa ng bonding ng molekular, init, at presyon. Ito ay may kalamangan ng pagiging simple at potensyal na napakababang mga koneksyon sa pagkawala, ngunit nangangailangan ng tumpak na nakahanay at malinis na mga ibabaw. Fiber/Grating Coupling: Sa pamamaraan na ito, ang hibla o hibla ng hibla ay nakahanay at nakagapos sa gilid o ibabaw ng photonic chip, na nagpapahintulot sa ilaw na isama sa loob at labas ng maliit na tilad. Ang rehas ay maaari ding magamit para sa vertical pagkabit, pagpapabuti ng kahusayan ng paghahatid ng ilaw sa pagitan ng photonic chip at ang panlabas na hibla. Ang mga butas na sa pamamagitan ng silikon (TSV) at micro-bumps: ang mga butas na sa pamamagitan ng silikon ay mga vertical na magkakaugnay sa pamamagitan ng isang silikon na substrate, na pinapayagan ang mga chips na nakasalansan sa tatlong sukat. Pinagsama sa mga puntos ng micro-convex, makakatulong sila upang makamit ang mga koneksyon sa elektrikal sa pagitan ng mga electronic at photonic chips sa mga nakasalansan na mga pagsasaayos, na angkop para sa pagsasama ng high-density. Optical Intermediary Layer: Ang optical intermediary layer ay isang hiwalay na substrate na naglalaman ng mga optical waveguides na nagsisilbing isang tagapamagitan para sa pag -ruta ng mga optical signal sa pagitan ng mga chips. Pinapayagan nito para sa tumpak na pagkakahanay, at karagdagang pasibomga sangkap na optikalMaaaring maisama para sa pagtaas ng kakayahang umangkop sa koneksyon. Hybrid Bonding: Ang advanced na teknolohiyang bonding na ito ay pinagsasama ang direktang bonding at micro-bump na teknolohiya upang makamit ang mga koneksyon na de-koryenteng de-koryenteng nasa pagitan ng mga chips at de-kalidad na mga optical interface. Ito ay partikular na nangangako para sa mataas na pagganap na optoelectronic co-integration. Bonding Bump Bonding: Katulad sa flip chip bonding, ang mga panghinang bumps ay ginagamit upang lumikha ng mga koneksyon sa koryente. Gayunpaman, sa konteksto ng pagsasama ng optoelectronic, dapat bayaran ang espesyal na pansin upang maiwasan ang pinsala sa mga sangkap ng photonic na dulot ng thermal stress at pagpapanatili ng optical alignment.

Larawan 1 :: Electron/Photon Chip-to-Chip Bonding Scheme

Ang mga pakinabang ng mga pamamaraang ito ay makabuluhan: habang ang mundo ng CMOS ay patuloy na sumusunod sa mga pagpapabuti sa batas ng Moore, posible na mabilis na iakma ang bawat henerasyon ng mga CMO o BI-CMO sa isang murang silikon na photonic chip, na nag-aani ng mga benepisyo ng pinakamahusay na mga proseso sa mga photonics at electronics. Dahil ang mga photonics sa pangkalahatan ay hindi nangangailangan ng katha ng napakaliit na mga istraktura (ang mga pangunahing sukat ng halos 100 nanometer ay pangkaraniwan) at ang mga aparato ay malaki kumpara sa mga transistor, ang mga pagsasaalang -alang sa ekonomiya ay may posibilidad na itulak ang mga aparatong photonic na makagawa sa isang hiwalay na proseso, na nahihiwalay mula sa anumang advanced na elektroniko na kinakailangan para sa pangwakas na produkto.
Mga kalamangan:
1, kakayahang umangkop: Ang iba't ibang mga materyales at proseso ay maaaring magamit nang nakapag -iisa upang makamit ang pinakamahusay na pagganap ng mga sangkap na elektronik at photonic.
2, proseso ng kapanahunan: Ang paggamit ng mga proseso ng pagmamanupaktura ng mature para sa bawat sangkap ay maaaring gawing simple ang produksyon at mabawasan ang mga gastos.
3, mas madaling pag -upgrade at pagpapanatili: Ang paghihiwalay ng mga sangkap ay nagbibigay -daan sa mga indibidwal na sangkap na mapalitan o ma -upgrade nang mas madali nang hindi nakakaapekto sa buong sistema.
Hamon:
1, Pagkawala ng Interconnection: Ang koneksyon sa off-chip ay nagpapakilala ng karagdagang pagkawala ng signal at maaaring mangailangan ng kumplikadong mga pamamaraan ng pag-align.
2, nadagdagan ang pagiging kumplikado at laki: Ang mga indibidwal na sangkap ay nangangailangan ng karagdagang mga packaging at magkakaugnay, na nagreresulta sa mas malaking sukat at potensyal na mas mataas na gastos.
3, mas mataas na pagkonsumo ng kuryente: mas mahaba ang mga landas ng signal at karagdagang packaging ay maaaring dagdagan ang mga kinakailangan sa kuryente kumpara sa pagsasama ng monolitik.
Konklusyon:
Ang pagpili sa pagitan ng pagsasama-sama ng monolitiko at multi-chip ay nakasalalay sa mga kinakailangan sa tukoy na aplikasyon, kabilang ang mga layunin ng pagganap, mga hadlang sa laki, pagsasaalang-alang sa gastos, at kapanahunan ng teknolohiya. Sa kabila ng pagiging kumplikado ng pagmamanupaktura, ang pagsasama ng monolitik ay kapaki-pakinabang para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng matinding miniaturization, mababang pagkonsumo ng kuryente, at paghahatid ng data ng high-speed. Sa halip, ang pagsasama ng multi-chip ay nag-aalok ng higit na kakayahang umangkop sa disenyo at gumagamit ng mga umiiral na kakayahan sa pagmamanupaktura, na ginagawang angkop para sa mga aplikasyon kung saan ang mga salik na ito ay higit sa mga pakinabang ng mas magaan na pagsasama. Habang tumatagal ang pananaliksik, ang mga diskarte sa hybrid na pinagsasama ang mga elemento ng parehong mga diskarte ay na -explore din upang ma -optimize ang pagganap ng system habang pinapagaan ang mga hamon na nauugnay sa bawat diskarte.