Dull integreiddio optoelectroneg

OptoelectronegDull Integreiddio

IntegreiddioffotonegAc mae electroneg yn gam allweddol wrth wella galluoedd systemau prosesu gwybodaeth, galluogi cyfraddau trosglwyddo data cyflymach, defnydd pŵer is a dyluniadau dyfeisiau mwy cryno, ac agor cyfleoedd newydd enfawr ar gyfer dylunio system. Yn gyffredinol, rhennir dulliau integreiddio yn ddau gategori: integreiddio monolithig ac integreiddio aml-sglodion.

Integreiddio Monolithig
Mae integreiddio monolithig yn cynnwys gweithgynhyrchu cydrannau ffotonig ac electronig ar yr un swbstrad, fel arfer gan ddefnyddio deunyddiau a phrosesau cydnaws. Mae'r dull hwn yn canolbwyntio ar greu rhyngwyneb di -dor rhwng golau a thrydan o fewn un sglodyn.
Manteision:
1. Lleihau colledion rhyng-gysylltiad: Mae gosod ffotonau a chydrannau electronig yn agos yn lleihau colledion signal sy'n gysylltiedig â chysylltiadau oddi ar y sglodion.
2, Perfformiad Gwell: Gall integreiddio tynnach arwain at gyflymder trosglwyddo data yn gyflymach oherwydd llwybrau signal byrrach a llai o hwyrni.
3, Maint llai: Mae integreiddio monolithig yn caniatáu dyfeisiau cryno iawn, sy'n arbennig o fuddiol ar gyfer cymwysiadau cyfyngedig i'r gofod, megis canolfannau data neu ddyfeisiau llaw.
4, lleihau'r defnydd o bŵer: Dileu'r angen am becynnau ar wahân a rhyng-gysylltiadau pellter hir, a all leihau gofynion pŵer yn sylweddol.
Her:
1) Cydnawsedd Deunydd: Gall dod o hyd i ddeunyddiau sy'n cefnogi electronau o ansawdd uchel a swyddogaethau ffotonig fod yn heriol oherwydd yn aml mae angen gwahanol eiddo arnynt.
2, Proses Cydnawsedd: Mae integreiddio prosesau gweithgynhyrchu amrywiol electroneg a ffotonau ar yr un swbstrad heb ddiraddio perfformiad unrhyw un gydran yn dasg gymhleth.
4, Gweithgynhyrchu Cymhleth: Mae'r manwl gywirdeb uchel sy'n ofynnol ar gyfer strwythurau electronig a ffotononig yn cynyddu cymhlethdod a chost gweithgynhyrchu.

Integreiddio aml-sglodion
Mae'r dull hwn yn caniatáu mwy o hyblygrwydd wrth ddewis deunyddiau a phrosesau ar gyfer pob swyddogaeth. Yn yr integreiddiad hwn, mae'r cydrannau electronig a ffotonig yn dod o wahanol brosesau ac yna'n cael eu cydosod gyda'i gilydd a'u rhoi ar becyn neu swbstrad cyffredin (Ffigur 1). Nawr, gadewch i ni restru'r dulliau bondio rhwng sglodion optoelectroneg. Bondio Uniongyrchol: Mae'r dechneg hon yn cynnwys cyswllt corfforol uniongyrchol a bondio dau arwyneb planar, a hwylusir fel arfer gan rymoedd bondio moleciwlaidd, gwres a gwasgedd. Mae ganddo'r fantais o symlrwydd a chysylltiadau colled isel iawn o bosibl, ond mae angen arwynebau wedi'u halinio a'u glanhau yn fanwl gywir. Cyplu ffibr/gratio: Yn y cynllun hwn, mae'r arae ffibr neu ffibr wedi'i alinio a'i bondio ag ymyl neu wyneb y sglodyn ffotonig, gan ganiatáu i olau gael ei gyplysu i mewn ac allan o'r sglodyn. Gellir defnyddio'r gratiad hefyd ar gyfer cyplu fertigol, gan wella effeithlonrwydd trosglwyddo golau rhwng y sglodyn ffotonig a'r ffibr allanol. Tyllau trwy silicon (TSVs) a micro-fwmpiau: Mae tyllau trwy silicon yn rhyng-gysylltiadau fertigol trwy swbstrad silicon, gan ganiatáu i'r sglodion gael eu pentyrru mewn tri dimensiwn. O'u cyfuno â phwyntiau micro-convex, maent yn helpu i gyflawni cysylltiadau trydanol rhwng sglodion electronig a ffotonig mewn cyfluniadau wedi'u pentyrru, sy'n addas ar gyfer integreiddio dwysedd uchel. Haen Cyfryngol Optegol: Mae'r haen cyfryngol optegol yn swbstrad ar wahân sy'n cynnwys tonnau tonnau optegol sy'n gwasanaethu fel cyfryngwr ar gyfer llwybro signalau optegol rhwng sglodion. Mae'n caniatáu ar gyfer aliniad manwl gywir, a goddefol ychwanegolcydrannau optegolgellir ei integreiddio ar gyfer mwy o hyblygrwydd cysylltiad. Bondio hybrid: Mae'r dechnoleg bondio uwch hon yn cyfuno bondio uniongyrchol a thechnoleg micro-bwmp i gyflawni cysylltiadau trydanol dwysedd uchel rhwng sglodion a rhyngwynebau optegol o ansawdd uchel. Mae'n arbennig o addawol ar gyfer cyd-integreiddio optoelectroneg perfformiad uchel. Bondio bwmp sodr: Yn debyg i fondio sglodion fflip, defnyddir lympiau sodr i greu cysylltiadau trydanol. Fodd bynnag, yng nghyd -destun integreiddio optoelectroneg, rhaid rhoi sylw arbennig i osgoi difrod i gydrannau ffotonig a achosir gan straen thermol a chynnal aliniad optegol.

Ffigur 1 :: Cynllun bondio sglodion-i-sglodion electron/ffoton

Mae buddion y dulliau hyn yn arwyddocaol: wrth i fyd y CMOS barhau i ddilyn gwelliannau yng nghyfraith Moore, bydd yn bosibl addasu pob cenhedlaeth o CMOS neu BI-CMOS yn gyflym ar sglodyn ffotonig silicon rhad, gan fedi buddion y prosesau gorau mewn ffotoneg ac electroneg. Oherwydd nad yw ffotoneg yn gyffredinol yn gofyn am saernïo strwythurau bach iawn (mae meintiau allweddol o tua 100 nanometr yn nodweddiadol) ac mae dyfeisiau'n fawr o gymharu â transistorau, bydd ystyriaethau economaidd yn tueddu i wthio dyfeisiau ffotonig i'w cynhyrchu mewn proses ar wahân, wedi'u gwahanu oddi wrth unrhyw electroneg ddatblygedig sy'n ofynnol ar gyfer y cynnyrch terfynol.
Manteision:
1, Hyblygrwydd: Gellir defnyddio gwahanol ddefnyddiau a phrosesau yn annibynnol i gyflawni'r perfformiad gorau o gydrannau electronig a ffotonig.
2, Aeddfedrwydd Proses: Gall defnyddio prosesau gweithgynhyrchu aeddfed ar gyfer pob cydran symleiddio cynhyrchu a lleihau costau.
3, Uwchraddio a Chynnal a Chadw Haws: Mae gwahanu cydrannau yn caniatáu i gydrannau unigol gael eu disodli neu eu huwchraddio'n haws heb effeithio ar y system gyfan.
Her:
1, Colled Cydgysylltiad: Mae'r cysylltiad oddi ar sglodion yn cyflwyno colli signal ychwanegol ac efallai y bydd angen gweithdrefnau alinio cymhleth arno.
2, Mwy o gymhlethdod a maint: Mae angen pecynnu a rhyng -gysylltiadau ychwanegol ar gydrannau unigol, gan arwain at feintiau mwy a chostau a allai fod yn uwch.
3, Defnydd pŵer uwch: Gall llwybrau signal hirach a phecynnu ychwanegol gynyddu gofynion pŵer o gymharu ag integreiddio monolithig.
Casgliad:
Mae dewis rhwng integreiddio monolithig ac aml-sglodion yn dibynnu ar ofynion sy'n benodol i ymgais, gan gynnwys nodau perfformiad, cyfyngiadau maint, ystyriaethau cost, ac aeddfedrwydd technoleg. Er gwaethaf cymhlethdod gweithgynhyrchu, mae integreiddio monolithig yn fanteisiol ar gyfer cymwysiadau sydd angen miniaturization eithafol, defnydd pŵer isel, a throsglwyddo data cyflym. Yn lle, mae integreiddio aml-sglodion yn cynnig mwy o hyblygrwydd dylunio ac yn defnyddio galluoedd gweithgynhyrchu presennol, gan ei wneud yn addas ar gyfer cymwysiadau lle mae'r ffactorau hyn yn gorbwyso buddion integreiddio tynnach. Wrth i ymchwil fynd yn ei blaen, mae dulliau hybrid sy'n cyfuno elfennau o'r ddwy strategaeth hefyd yn cael eu harchwilio i wneud y gorau o berfformiad system wrth liniaru'r heriau sy'n gysylltiedig â phob dull.