Optoelectronegdull integreiddio
Mae 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 golygu gweithgynhyrchu cydrannau ffotonig ac electronig ar yr un swbstrad, gan ddefnyddio deunyddiau a phrosesau cydnaws fel arfer. Mae'r dull hwn yn canolbwyntio ar greu rhyngwyneb di-dor rhwng golau a thrydan o fewn un sglodyn.
Manteision:
1. Lleihau colledion rhyng-gysylltiadau: Mae gosod ffotonau a chydrannau electronig yn agos yn lleihau colledion signal sy'n gysylltiedig â chysylltiadau oddi ar y sglodion.
2, Gwell perfformiad: Gall integreiddio tynnach arwain at gyflymder trosglwyddo data cyflymach 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 gofod-gyfyngedig, 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 cynnal electronau o ansawdd uchel a swyddogaethau ffotonig fod yn heriol oherwydd yn aml mae angen gwahanol briodweddau arnynt.
2, cydweddoldeb proses: 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 ffotonig 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 integreiddio hwn, mae'r cydrannau electronig a ffotonig yn dod o wahanol brosesau ac yna'n cael eu cydosod a'u gosod 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, fel arfer wedi'i hwyluso gan rymoedd bondio moleciwlaidd, gwres a gwasgedd. Mae ganddo'r fantais o symlrwydd a chysylltiadau colled isel iawn o bosibl, ond mae angen arwynebau glân wedi'u halinio'n fanwl gywir. Cyplu ffibr/gratio: Yn y cynllun hwn, mae'r arae ffibr neu ffibr wedi'i alinio a'i bondio i ymyl neu wyneb y sglodyn ffotonig, gan ganiatáu i olau gael ei gysylltu i mewn ac allan o'r sglodyn. Gellir defnyddio'r gratio hefyd ar gyfer cyplu fertigol, gan wella effeithlonrwydd trosglwyddo golau rhwng y sglodion ffotonig a'r ffibr allanol. Tyllau trwodd-silicon (TSVs) a micro-lympiau: Mae tyllau trwodd-silicon yn rhyng-gysylltiadau fertigol trwy swbstrad silicon, gan ganiatáu i'r sglodion gael eu pentyrru mewn tri dimensiwn. Wedi'u cyfuno â phwyntiau micro-amgrwm, maent yn helpu i gyflawni cysylltiadau trydanol rhwng sglodion electronig a ffotonig mewn ffurfweddiadau wedi'u pentyrru, sy'n addas ar gyfer integreiddio dwysedd uchel. Haen cyfryngwr optegol: Mae'r haen cyfryngwr optegol yn swbstrad ar wahân sy'n cynnwys tonnau optegol sy'n gweithredu 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-bump 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 bump solder: 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-sglodyn electron/ffoton
Mae manteision y dulliau hyn yn sylweddol: Wrth i fyd CMOS barhau i ddilyn gwelliannau yng Nghyfraith Moore, bydd yn bosibl addasu pob cenhedlaeth o CMOS neu Bi-CMOS yn gyflym i sglodyn ffotonig silicon rhad, gan elwa ar fanteision 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) a bod dyfeisiau'n fawr o'u cymharu â transistorau, bydd ystyriaethau economaidd yn tueddu i wthio dyfeisiau ffotonig i'w cynhyrchu mewn proses ar wahân, wedi'u gwahanu oddi wrth unrhyw ddatblygedig. electroneg sydd ei angen ar gyfer y cynnyrch terfynol.
Manteision:
1, hyblygrwydd: Gellir defnyddio gwahanol ddeunyddiau a phrosesau yn annibynnol i gyflawni'r perfformiad gorau o gydrannau electronig a ffotonig.
2, aeddfedrwydd proses: gall y defnydd o brosesau 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 yn haws heb effeithio ar y system gyfan.
Her:
1, colled rhyng-gysylltiad: Mae'r cysylltiad oddi ar y sglodion yn cyflwyno colled signal ychwanegol ac efallai y bydd angen gweithdrefnau alinio cymhleth.
2, cymhlethdod a maint cynyddol: Mae angen pecynnu a rhyng-gysylltiadau ychwanegol ar gydrannau unigol, gan arwain at feintiau mwy a chostau uwch o bosibl.
3, defnydd pŵer uwch: Gall llwybrau signal hirach a phecynnu ychwanegol gynyddu gofynion pŵer o'i gymharu ag integreiddio monolithig.
Casgliad:
Mae dewis rhwng integreiddio monolithig ac aml-sglodion yn dibynnu ar ofynion cais-benodol, 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 hynny, mae integreiddio aml-sglodion yn cynnig mwy o hyblygrwydd dylunio ac yn defnyddio galluoedd gweithgynhyrchu presennol, gan ei gwneud yn addas ar gyfer cymwysiadau lle mae'r ffactorau hyn yn gorbwyso buddion integreiddio tynnach. Wrth i ymchwil fynd yn ei flaen, mae dulliau hybrid sy'n cyfuno elfennau o'r ddwy strategaeth hefyd yn cael eu harchwilio i optimeiddio perfformiad system tra'n lliniaru'r heriau sy'n gysylltiedig â phob dull.
Amser postio: Gorff-08-2024