Метод оптоэлектронной интеграции

ОптоэлектронныйМетод интеграции

ИнтеграцияфотоникаА Electronics является ключевым шагом в улучшении возможностей систем обработки информации, обеспечении более быстрых скоростей передачи данных, более низкого энергопотребления и более компактных конструкций устройств, а также открытие огромных новых возможностей для проектирования системы. Методы интеграции, как правило, разделены на две категории: монолитная интеграция и интеграция с несколькими чипами.

Монолитная интеграция
Монолитная интеграция включает в себя производство фотонных и электронных компонентов на одном и том же субстрате, обычно с использованием совместимых материалов и процессов. Этот подход фокусируется на создании бесшовного интерфейса между светом и электричеством в одном чипе.
Преимущества:
1. Уменьшите потери взаимосвязи: размещение фотонов и электронных компонентов в непосредственной близости сводит к минимуму потери сигнала, связанные с соединениями вне чипа.
2, Улучшенная производительность: более плотная интеграция может привести к более быстрой скорости передачи данных из -за более коротких сигнальных путей и снижения задержки.
3, меньший размер: монолитная интеграция позволяет создавать высоко компактные устройства, что особенно полезно для приложений с ограниченными пространством, таких как центры обработки данных или портативные устройства.
4, Уменьшите энергопотребление: устраните необходимость в отдельных пакетах и ​​дальних соединениях, которые могут значительно снизить потребности в мощности.
Испытание:
1) Совместимость материала: поиск материалов, которые поддерживают как высококачественные электроны, так и фотонные функции, может быть сложным, потому что они часто требуют разных свойств.
2, Совместимость процесса: интеграция разнообразных производственных процессов электроники и фотонов на одном и том же субстрате без ухудшения производительности какого -либо одного компонента является сложной задачей.
4, Сложное производство: высокая точность, необходимая для электронных и фотононичных конструкций, увеличивает сложность и стоимость производства.

Интеграция с несколькими чипами
Этот подход обеспечивает большую гибкость при выборе материалов и процессов для каждой функции. В этой интеграции электронные и фотонные компоненты поступают из разных процессов, а затем собираются вместе и помещаются на общую упаковку или подложку (рис. 1). Теперь давайте перечислим режимы связывания между оптоэлектроническими чипами. Прямое соединение: этот метод включает в себя прямой физический контакт и связь двух плоских поверхностей, которые обычно облегчаются молекулярными силами связывания, тепло и давлением. Он имеет преимущество простоты и потенциально очень низких соединений потерь, но требует точно выровненных и чистых поверхностей. Клетчатка/решетчатая связь: в этой схеме волокно или массив волокна выровнены и связаны с краем или поверхностью фотонного чипа, что позволяет соединить свет в чипе и выходить из чипа. Решение решетки также можно использовать для вертикальной связи, повышая эффективность передачи света между фотонным чипом и внешним волокном. Отверстия через силиконы (TSV) и микроволосы: сквозные отверстия-это вертикальные соединения через кремниевый субстрат, что позволяет сложить чипы в трех измерениях. В сочетании с точками микро-конъюв, они помогают достичь электрических соединений между электронными и фотонными чипами в сложенных конфигурациях, подходящих для интеграции высокой плотности. Оптический промежуточный слой: оптический промежуточный слой представляет собой отдельный субстрат, содержащий оптические волноводы, которые служат посредником для маршрутизации оптических сигналов между чипами. Это допускает точное выравнивание и дополнительный пассивныйОптические компонентыможет быть интегрирован для повышения гибкости соединения. Гибридное соединение: эта передовая технология связывания сочетает в себе технологию прямого соединения и микросхема для достижения электрических соединений высокой плотности между чипами и высококачественными оптическими интерфейсами. Это особенно многообещающе для высокопроизводительного оптоэлектронного совместного интеграции. Связь при приповке: аналогично связующемуся скоплению, для создания электрических соединений используются шишки припоя. Однако в контексте оптоэлектронной интеграции необходимо уделить особое внимание, чтобы избежать повреждения фотонных компонентов, вызванных тепловым напряжением и поддержания оптического выравнивания.

Рисунок 1 :: Схема связи электронов/фотон

Преимущества этих подходов значительны: поскольку мир CMOS продолжает следовать улучшению закона Мура, можно будет быстро адаптировать каждое поколение CMOS или BI-CMO к дешевому кремниево-фотонному чипу, пожигая преимущества лучших процессов в фотонике и электронике. Поскольку фотоника, как правило, не требует изготовления очень небольших структур (типичные размеры ключевых размеров около 100 нанометров), а устройства велики по сравнению с транзисторами, экономические соображения будут иметь тенденцию выдвигать фотонные устройства в отдельный процесс, отделенные от любой продвинутой электроники, необходимой для конечного продукта.
Преимущества:
1, Гибкость: различные материалы и процессы могут быть использованы независимо для достижения наилучшей производительности электронных и фотонных компонентов.
2, Срока погашения процесса: использование зрелых производственных процессов для каждого компонента может упростить производство и снизить затраты.
3, Проще -обновление и техническое обслуживание: разделение компонентов позволяет легче заменять или обновлять отдельные компоненты, не влияя на всю систему.
Испытание:
1, Потеря взаимосвязи: соединение вне чипа вводит дополнительную потерю сигнала и может потребовать сложных процедур выравнивания.
2, Увеличенная сложность и размер: отдельные компоненты требуют дополнительной упаковки и взаимосвязи, что приводит к большим размерам и потенциально более высоким затратам.
3, Более высокое энергопотребление: более длительные сигнальные пути и дополнительная упаковка могут увеличить потребности в мощности по сравнению с монолитной интеграцией.
Заключение:
Выбор между монолитической и мульти-хипской интеграцией зависит от требований к конкретным приложениям, включая цели производительности, ограничения размера, соображения затрат и зрелость технологии. Несмотря на сложность производства, монолитная интеграция выгодно для применений, которые требуют чрезвычайной миниатюризации, низкого энергопотребления и высокоскоростной передачи данных. Вместо этого, многоцветная интеграция обеспечивает большую гибкость проектирования и использует существующие производственные возможности, что делает ее подходящей для приложений, где эти факторы перевешивают преимущества более жесткой интеграции. По мере развития исследований гибридные подходы, которые объединяют элементы обеих стратегий, также исследуются для оптимизации производительности системы при одновременном смягчении проблем, связанных с каждым подходом.