Opto-elektroanyske yntegraasjemetoade

Opto-elektroanyskyntegraasje metoade

De yntegraasje fanfotonikaen elektroanika is in wichtige stap yn it ferbetterjen fan de mooglikheden fan ynformaasje ferwurkjen systemen, ynskeakelje flugger gegevens oerdracht tariven, legere enerzjyferbrûk en mear kompakte apparaat ûntwerpen, en it iepenjen fan enoarme nije kânsen foar systeem design. Yntegraasjemetoaden wurde oer it generaal ferdield yn twa kategoryen: monolityske yntegraasje en multi-chip yntegraasje.

Monolityske yntegraasje
Monolityske yntegraasje omfettet it produsearjen fan fotonyske en elektroanyske komponinten op itselde substraat, meastal mei kompatibele materialen en prosessen. Dizze oanpak rjochtet him op it meitsjen fan in naadleaze interface tusken ljocht en elektrisiteit binnen ien chip.
Foardielen:
1. Reduce interconnection ferliezen: It pleatsen fan fotonen en elektroanyske komponinten yn 'e buert minimearret sinjaalferlies ferbûn mei off-chip ferbinings.
2, Ferbettere prestaasjes: Hegere yntegraasje kin liede ta rappere gegevensferfiersnelheden troch koartere sinjaalpaden en fermindere latency.
3, Lytsere grutte: Monolityske yntegraasje makket heul kompakte apparaten mooglik, wat foaral foardielich is foar romtebeheinde applikaasjes, lykas datasintra of handheld apparaten.
4, ferminderjen enerzjyferbrûk: elimineren de needsaak foar aparte pakketten en lange-ôfstân interconnects, dat kin gâns ferminderje macht easken.
Útdaging:
1) Materiaal kompatibiliteit: Materialen te finen dy't sawol elektroanen as fotonyske funksjes fan hege kwaliteit stypje, kin útdaagjend wêze, om't se faaks ferskate eigenskippen nedich binne.
2, proses kompatibiliteit: Yntegrearjen fan de ferskate produksje prosessen fan elektroanika en fotonen op itselde substraat sûnder degradearje de prestaasjes fan ien komponint is in komplekse taak.
4, Komplekse fabrikaazje: De hege presyzje dy't nedich is foar elektroanyske en fotonyske struktueren fergruttet de kompleksiteit en kosten fan fabrikaazje.

Multi-chip yntegraasje
Dizze oanpak soarget foar gruttere fleksibiliteit by it selektearjen fan materialen en prosessen foar elke funksje. Yn dizze yntegraasje komme de elektroanyske en fotonyske komponinten út ferskate prosessen en wurde dan gearstald en pleatst op in mienskiplik pakket of substraat (figuer 1). Litte wy no de bondingsmodi listje tusken optoelektroanyske chips. Direkte bonding: Dizze technyk omfettet it direkte fysike kontakt en bonding fan twa planêre oerflakken, meastentiids fasilitearre troch molekulêre bondingskrêften, waarmte en druk. It hat it foardiel fan ienfâld en potinsjeel hiel leech ferlies ferbinings, mar fereasket presys ôfstimd en skjinne oerflakken. Fiber / grating coupling: Yn dit skema, de glêstried of fiber array wurdt ôfstimd en bonded oan 'e râne of oerflak fan' e fotonyske chip, sadat ljocht wurde keppele yn en út 'e chip. De grating kin ek brûkt wurde foar fertikale coupling, it ferbetterjen fan de effisjinsje fan de oerdracht fan ljocht tusken de fotonyske chip en de eksterne fiber. Troch-silisium gatten (TSVs) en mikro-bulten: Troch-silisium gatten binne fertikale interconnects troch in silisium substraat, wêrtroch't de chips wurde steapele yn trije diminsjes. Yn kombinaasje mei mikro-konvexe punten helpe se om elektryske ferbiningen te berikken tusken elektroanyske en fotonyske chips yn steapele konfiguraasjes, geskikt foar yntegraasje mei hege tichtheid. Optyske tuskenlizzende laach: De optyske tuskenlizzende laach is in apart substraat befettet optyske waveguides dy't tsjinje as in tuskenpersoan foar routing optyske sinjalen tusken chips. It soarget foar krekte ôfstimming, en ekstra passyfoptyske komponintenkin wurde yntegrearre foar ferhege ferbining fleksibiliteit. Hybride bonding: Dizze avansearre bondingtechnology kombineart direkte bonding en mikro-bumptechnology om elektryske ferbiningen mei hege tichtheid te berikken tusken chips en optyske ynterfaces fan hege kwaliteit. It is benammen kânsryk foar optoelektroanyske ko-yntegraasje mei hege prestaasjes. Solder bult bonding: Fergelykber mei flip chip bonding, solder bulten wurde brûkt om elektryske ferbinings te meitsjen. Yn 'e kontekst fan optoelektroanyske yntegraasje moat lykwols spesjaal omtinken jûn wurde oan it foarkommen fan skea oan fotonyske komponinten feroarsake troch termyske stress en it behâld fan optyske ôfstimming.

figuer 1: : Electron / photon chip-to-chip Bonding skema

De foardielen fan dizze oanpak binne signifikant: om't de CMOS-wrâld ferbetteringen yn 'e wet fan Moore bliuwt folgje, sil it mooglik wêze om elke generaasje CMOS of Bi-CMOS fluch oan te passen op in goedkeap silisium fotonyske chip, en profitearje fan de foardielen fan 'e bêste prosessen yn fotonika en elektroanika. Om't fotonika yn 't algemien de fabrikaazje fan heul lytse struktueren net fereasket (kaaigrutten fan sawat 100 nanometer binne typysk) en apparaten grut binne yn ferliking mei transistors, sille ekonomyske oerwegingen de neiging hawwe om fotonyske apparaten te triuwe om te produsearjen yn in apart proses, skieden fan alle avansearre elektroanika nedich foar it definitive produkt.
Foardielen:
1, fleksibiliteit: Ferskillende materialen en prosessen kinne selsstannich brûkt wurde om de bêste prestaasjes fan elektroanyske en fotonyske komponinten te berikken.
2, proses folwoeksenheid: it brûken fan folwoeksen manufacturing prosessen foar elke komponint kin ferienfâldigje produksje en ferminderjen kosten.
3, Makliker upgrade en ûnderhâld: De skieding fan komponinten lit yndividuele komponinten makliker wurde ferfongen of opwurdearre sûnder it hiele systeem te beynfloedzjen.
Útdaging:
1, interconnection ferlies: De off-chip ferbining yntrodusearret ekstra sinjaal ferlies en kin fereaskje komplekse ôfstimming prosedueres.
2, ferhege kompleksiteit en grutte: Yndividuele komponinten fereaskje ekstra ferpakking en ynterferbiningen, wat resulteart yn gruttere maten en mooglik hegere kosten.
3, hegere enerzjyferbrûk: Langere sinjaalpaden en oanfoljende ferpakking kinne enerzjyeasken ferheegje yn ferliking mei monolityske yntegraasje.
Konklúzje:
Kieze tusken monolityske en multi-chip-yntegraasje is ôfhinklik fan applikaasje-spesifike easken, ynklusyf prestaasjesdoelen, gruttebeheiningen, kostenbeskôgingen, en technologyske folwoeksenheid. Nettsjinsteande de kompleksiteit fan produksje, is monolityske yntegraasje foardielich foar applikaasjes dy't ekstreme miniaturisaasje, leech enerzjyferbrûk en hege snelheid gegevensoerdracht fereaskje. Ynstee biedt multi-chip-yntegraasje gruttere ûntwerpfleksibiliteit en brûkt besteande produksjemooglikheden, wêrtroch it geskikt is foar tapassingen wêr't dizze faktoaren de foardielen fan strakkere yntegraasje oerwicht hawwe. As it ûndersyk foarútgiet, wurde hybride oanpakken dy't eleminten fan beide strategyen kombinearje ek ûndersocht om systeemprestaasjes te optimalisearjen, wylst de útdagings ferbûn mei elke oanpak beheine.