Optoelectronic एकीकरण विधि

अप्टोइलेक्ट्रोनिकएकीकरण विधि

को एकीकरणफोटोनिक्सर इलेक्ट्रोनिक्स सूचना प्रशोधन प्रणालीहरूको क्षमताहरू सुधार गर्न, छिटो डेटा स्थानान्तरण दरहरू सक्षम पार्ने, कम पावर खपत र थप कम्प्याक्ट उपकरण डिजाइनहरू, र प्रणाली डिजाइनको लागि विशाल नयाँ अवसरहरू खोल्न एक प्रमुख चरण हो। एकीकरण विधिहरू सामान्यतया दुई कोटिहरूमा विभाजित हुन्छन्: मोनोलिथिक एकीकरण र बहु-चिप एकीकरण।

मोनोलिथिक एकीकरण
मोनोलिथिक एकीकरणले समान सब्सट्रेटमा फोटोनिक र इलेक्ट्रोनिक कम्पोनेन्टहरू निर्माण गर्दछ, सामान्यतया उपयुक्त सामग्री र प्रक्रियाहरू प्रयोग गरेर। यो दृष्टिकोण एकल चिप भित्र प्रकाश र बिजुली बीच एक सहज इन्टरफेस सिर्जना गर्न मा केन्द्रित छ।
फाइदाहरू:
1. इन्टरकनेक्सन हानि घटाउनुहोस्: निकटतामा फोटोन र इलेक्ट्रोनिक कम्पोनेन्टहरू राख्नाले अफ-चिप जडानहरूसँग सम्बन्धित सिग्नल हानिलाई कम गर्छ।
2, सुधारिएको प्रदर्शन: कडा एकीकरणले छोटो सिग्नल मार्गहरू र कम विलम्बताको कारणले छिटो डेटा स्थानान्तरण गतिमा नेतृत्व गर्न सक्छ।
3, सानो आकार: मोनोलिथिक एकीकरणले अत्यधिक कम्प्याक्ट यन्त्रहरूका लागि अनुमति दिन्छ, जुन स्पेस-सीमित अनुप्रयोगहरू, जस्तै डाटा केन्द्रहरू वा ह्यान्डहेल्ड उपकरणहरूका लागि विशेष रूपमा लाभदायक हुन्छ।
4, बिजुली खपत घटाउनुहोस्: अलग प्याकेजहरू र लामो-दूरी इन्टरकनेक्टहरूको आवश्यकतालाई हटाउनुहोस्, जसले पावर आवश्यकताहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्न सक्छ।
चुनौती:
1) सामग्री अनुकूलता: उच्च-गुणस्तर इलेक्ट्रोन र फोटोनिक प्रकार्यहरू समर्थन गर्ने सामग्रीहरू फेला पार्न चुनौतीपूर्ण हुन सक्छ किनभने तिनीहरू प्राय: फरक गुणहरू चाहिन्छ।
२, प्रक्रिया अनुकूलता: एउटै सब्सट्रेटमा इलेक्ट्रोनिक्स र फोटोनको विविध उत्पादन प्रक्रियाहरू एकीकृत गर्नु कुनै एक कम्पोनेन्टको कार्यसम्पादनलाई अपमान नगरी जटिल कार्य हो।
4, जटिल निर्माण: इलेक्ट्रोनिक र फोटोनोनिक संरचनाहरूको लागि आवश्यक उच्च परिशुद्धताले निर्माणको जटिलता र लागत बढाउँछ।

बहु-चिप एकीकरण
यस दृष्टिकोणले प्रत्येक प्रकार्यको लागि सामग्री र प्रक्रियाहरू चयन गर्नमा थप लचिलोपनको लागि अनुमति दिन्छ। यस एकीकरणमा, इलेक्ट्रोनिक र फोटोनिक कम्पोनेन्टहरू विभिन्न प्रक्रियाहरूबाट आउँछन् र त्यसपछि एकसाथ भेला हुन्छन् र साझा प्याकेज वा सब्सट्रेटमा राखिन्छन् (चित्र 1)। अब ओप्टोइलेक्ट्रोनिक चिपहरू बीचको बन्डिङ मोडहरू सूचीबद्ध गरौं। प्रत्यक्ष बन्धन: यो प्रविधिमा प्रत्यक्ष शारीरिक सम्पर्क र दुई प्लानर सतहहरूको बन्धन समावेश छ, सामान्यतया आणविक बन्धन बल, गर्मी, र दबाब द्वारा सुविधा। यसमा सरलता र सम्भावित रूपमा धेरै कम हानि जडानहरूको फाइदा छ, तर सटीक रूपमा पङ्क्तिबद्ध र सफा सतहहरू आवश्यक छ। फाइबर/ग्रेटिंग युग्मन: यस योजनामा, फाइबर वा फाइबर एरेलाई फोटोनिक चिपको किनारा वा सतहमा पङ्क्तिबद्ध गरी बाँडिएको हुन्छ, जसले चिप भित्र र बाहिर प्रकाशलाई जोड्न अनुमति दिन्छ। ग्रेटिंग ठाडो युग्मनको लागि पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ, फोटोनिक चिप र बाह्य फाइबर बीचको प्रकाशको प्रसारणको दक्षतामा सुधार। थ्रु-सिलिकन होलहरू (TSVs) र माइक्रो-बम्पहरू: थ्रू-सिलिकन प्वालहरू सिलिकन सब्सट्रेट मार्फत ठाडो अन्तरसम्बन्धित हुन्छन्, जसले चिपहरूलाई तीन आयामहरूमा स्ट्याक गर्न अनुमति दिन्छ। माइक्रो-उत्तल बिन्दुहरूसँग संयुक्त, तिनीहरू स्ट्याक्ड कन्फिगरेसनहरूमा इलेक्ट्रोनिक र फोटोनिक चिपहरू बीच विद्युतीय जडानहरू प्राप्त गर्न मद्दत गर्छन्, उच्च-घनत्व एकीकरणको लागि उपयुक्त। अप्टिकल मध्यस्थ तह: अप्टिकल मध्यस्थ तह एक अलग सब्सट्रेट हो जसमा अप्टिकल वेभगाइडहरू छन् जसले चिपहरू बीचको अप्टिकल संकेतहरू राउट गर्न मध्यस्थको रूपमा काम गर्दछ। यसले सटीक पङ्क्तिबद्धता, र थप निष्क्रियको लागि अनुमति दिन्छअप्टिकल अवयवहरूबढ्दो जडान लचिलोपनको लागि एकीकृत गर्न सकिन्छ। हाइब्रिड बन्डिङ: यो उन्नत बन्डिङ टेक्नोलोजीले चिप्स र उच्च-गुणस्तरको अप्टिकल इन्टरफेसहरू बीच उच्च-घनत्व विद्युतीय जडानहरू प्राप्त गर्न प्रत्यक्ष बन्धन र माइक्रो-बम्प टेक्नोलोजीलाई संयोजन गर्दछ। यो उच्च प्रदर्शन ओप्टोइलेक्ट्रोनिक सह-एकीकरण को लागी विशेष गरी आशाजनक छ। सोल्डर बम्प बन्डिङ: फ्लिप चिप बन्डिङ जस्तै, सोल्डर बम्पहरू विद्युतीय जडानहरू सिर्जना गर्न प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, अप्टोइलेक्ट्रोनिक एकीकरणको सन्दर्भमा, थर्मल तनावको कारणले गर्दा फोटोनिक कम्पोनेन्टहरूमा हुने क्षतिबाट बच्न र अप्टिकल पङ्क्तिबद्धता कायम राख्न विशेष ध्यान दिइनुपर्छ।

चित्र १: : इलेक्ट्रोन/फोटोन चिप-टू-चिप बन्डिङ योजना

यी दृष्टिकोणहरूका फाइदाहरू महत्त्वपूर्ण छन्: CMOS संसारले मूरको कानूनमा सुधारहरू पछ्याउन जारी राख्दा, CMOS वा Bi-CMOS को प्रत्येक पुस्तालाई सस्तो सिलिकन फोटोनिक चिपमा तुरुन्तै अनुकूलन गर्न सम्भव हुनेछ, सबै भन्दा राम्रो प्रक्रियाहरूको फाइदा उठाउँदै। फोटोनिक्स र इलेक्ट्रोनिक्स। किनभने फोटोनिक्सलाई सामान्यतया धेरै साना संरचनाहरूको निर्माणको आवश्यकता पर्दैन (लगभग 100 न्यानोमिटरको मुख्य आकारहरू सामान्य हुन्छन्) र उपकरणहरू ट्रान्जिस्टरहरूको तुलनामा ठूला हुन्छन्, आर्थिक विचारहरूले फोटोनिक उपकरणहरूलाई कुनै पनि उन्नतबाट अलग गरी छुट्टै प्रक्रियामा उत्पादन गर्न धकेल्छ। अन्तिम उत्पादनको लागि आवश्यक इलेक्ट्रोनिक्स।
फाइदाहरू:
१, लचिलोपन: इलेक्ट्रोनिक र फोटोनिक कम्पोनेन्टहरूको उत्कृष्ट प्रदर्शन प्राप्त गर्न विभिन्न सामग्री र प्रक्रियाहरू स्वतन्त्र रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।
२, प्रक्रिया परिपक्वता: प्रत्येक कम्पोनेन्टको लागि परिपक्व निर्माण प्रक्रियाहरूको प्रयोगले उत्पादनलाई सरल बनाउन र लागत घटाउन सक्छ।
3, सजिलो स्तरवृद्धि र मर्मतसम्भार: कम्पोनेन्टहरूको विभाजनले सम्पूर्ण प्रणालीलाई असर नगरी व्यक्तिगत कम्पोनेन्टहरू प्रतिस्थापन वा अपग्रेड गर्न अनुमति दिन्छ।
चुनौती:
1, इन्टरकनेक्शन हानि: अफ-चिप जडानले अतिरिक्त सिग्नल हानि परिचय गराउँछ र जटिल पङ्क्तिबद्ध प्रक्रियाहरू आवश्यक हुन सक्छ।
2, बढेको जटिलता र आकार: व्यक्तिगत कम्पोनेन्टहरूलाई थप प्याकेजिङ्ग र अन्तरसम्बन्धहरू आवश्यक पर्दछ, परिणामस्वरूप ठूलो आकार र सम्भावित रूपमा उच्च लागतहरू।
3, उच्च शक्ति खपत: लामो सिग्नल पथ र अतिरिक्त प्याकेजिङ्गले मोनोलिथिक एकीकरणको तुलनामा पावर आवश्यकताहरू बढाउन सक्छ।
निष्कर्ष:
मोनोलिथिक र बहु-चिप एकीकरण बीच छनौट कार्य-सम्पादन लक्ष्यहरू, आकार अवरोधहरू, लागत विचारहरू, र प्रविधि परिपक्वता सहित अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकताहरूमा निर्भर गर्दछ। निर्माण जटिलताको बावजुद, मोनोलिथिक एकीकरण चरम लघुकरण, कम बिजुली खपत, र उच्च-गति डाटा प्रसारण आवश्यक पर्ने अनुप्रयोगहरूको लागि फाइदाजनक छ। यसको सट्टा, बहु-चिप एकीकरणले अधिक डिजाइन लचिलोपन प्रदान गर्दछ र अवस्थित निर्माण क्षमताहरूको उपयोग गर्दछ, यसलाई अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त बनाउँदछ जहाँ यी कारकहरूले कडा एकीकरणको फाइदाहरू भन्दा बढी हुन्छन्। जसरी अनुसन्धान बढ्दै जान्छ, दुबै रणनीतिका तत्वहरूलाई संयोजन गर्ने हाइब्रिड दृष्टिकोणहरू पनि प्रत्येक दृष्टिकोणसँग सम्बन्धित चुनौतिहरूलाई कम गर्दै प्रणाली कार्यसम्पादनलाई अनुकूलन गर्न अन्वेषण गरिँदै छ।