Оптоэлектроник интеграцийн арга

Оптоэлектроникнэгтгэх арга

-ийн нэгдэлфотоникболон электроник нь мэдээлэл боловсруулах системийн чадавхийг сайжруулах, өгөгдөл дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэх, эрчим хүчний хэрэглээг багасгах, илүү авсаархан төхөөрөмжийн загвар гаргах, системийн дизайн хийхэд асар их шинэ боломжуудыг нээх гол алхам юм. Интеграцийн аргуудыг ерөнхийд нь цул интеграци ба олон чиптэй интеграцчилал гэсэн хоёр ангилалд хуваадаг.

Монолит интеграци
Монолит интеграцчилал нь ихэвчлэн нийцтэй материал, процессыг ашиглан ижил субстрат дээр фотоник болон электрон эд ангиудыг үйлдвэрлэх явдал юм. Энэ арга нь нэг чип дотор гэрэл ба цахилгааны хооронд үл үзэгдэх интерфэйсийг бий болгоход чиглэгддэг.
Давуу тал:
1. Харилцан холболтын алдагдлыг багасгах: Фотон болон электрон эд ангиудыг ойрхон байрлуулах нь чипээс гадуур холболттой холбоотой дохионы алдагдлыг багасгадаг.
2, Гүйцэтгэлийг сайжруулсан: Илүү нягт интеграцчилал нь дохионы зам багасч, хоцрогдол багассаны улмаас өгөгдөл дамжуулах хурд илүү хурдан болно.
3, Жижиг хэмжээтэй: Цул интеграци нь маш авсаархан төхөөрөмжүүдийг ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь дата төв эсвэл гар төхөөрөмж гэх мэт орон зайн хязгаарлагдмал хэрэглээнд онцгой ач холбогдолтой юм.
4, эрчим хүчний хэрэглээг багасгах: тусдаа багц болон холын зайн холболтын хэрэгцээг арилгаснаар эрчим хүчний хэрэгцээг мэдэгдэхүйц бууруулна.
Сорилт:
1) Материалын нийцтэй байдал: Өндөр чанартай электрон болон фотоник функцийг хоёуланг нь дэмждэг материалыг олох нь ихэвчлэн өөр өөр шинж чанартай байдаг тул хэцүү байж болно.
2, процессын нийцтэй байдал: Аль нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн гүйцэтгэлийг алдагдуулахгүйгээр нэг субстрат дээр электроникийн болон фотонуудын олон төрлийн үйлдвэрлэлийн процессыг нэгтгэх нь нарийн төвөгтэй ажил юм.
4, Цогцолбор үйлдвэрлэл: Электрон болон фотоник бүтцэд шаардагдах өндөр нарийвчлал нь үйлдвэрлэлийн нарийн төвөгтэй байдал, зардлыг нэмэгдүүлдэг.

Олон чипийг нэгтгэх
Энэ арга нь функц тус бүрийн материал, процессыг сонгоход илүү уян хатан байх боломжийг олгодог. Энэхүү интеграцчлалд электрон болон фотоник бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь өөр өөр процессуудаас үүсдэг бөгөөд дараа нь хамтдаа угсарч, нийтлэг багц эсвэл субстрат дээр байрлуулна (Зураг 1). Одоо оптоэлектроник чипүүдийн хоорондох холболтын горимуудыг жагсаая. Шууд холбох: Энэ техник нь хоёр хавтгай гадаргуугийн шууд физик холбоо, холболтыг агуулдаг бөгөөд ихэвчлэн молекулын холболтын хүч, дулаан, даралтаар хөнгөвчилдөг. Энэ нь энгийн бөгөөд маш бага алдагдалтай холболтын давуу талтай боловч нарийн тэгш, цэвэр гадаргуу шаарддаг. Шилэн / сараалжтай холбох: Энэ схемд шилэн эсвэл шилэн массивыг фотоник чипийн ирмэг эсвэл гадаргуутай холбож, гэрлийг чип дотор болон гадна талд холбох боломжийг олгодог. Мөн сараалжыг босоо холбоход ашиглаж болох бөгөөд энэ нь фотоник чип болон гадна талын утас хоорондын гэрлийн дамжуулалтын үр ашгийг сайжруулдаг. Цахиурын нүхнүүд (TSVs) ба бичил овойлтууд: Цахиураар дамжих нүхнүүд нь цахиурын субстратаар дамжин босоо байдлаар хоорондоо холбогддог бөгөөд чипсийг гурван хэмжээстээр давхарлан байрлуулах боломжийг олгодог. Бичил гүдгэр цэгүүдтэй хослуулан тэдгээр нь өндөр нягтралтай интеграцид тохиромжтой, давхарласан тохиргоонд электрон болон фотоник чипүүдийн хооронд цахилгаан холболтыг бий болгоход тусалдаг. Оптик зуучлалын давхарга: Оптик зуучлагч давхарга нь чипүүдийн хооронд оптик дохиог чиглүүлэх зуучлагч болж үйлчилдэг оптик долгионы хөтлүүрийг агуулсан тусдаа субстрат юм. Энэ нь нарийн уялдуулах, нэмэлт идэвхгүй болгох боломжийг олгодогоптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдхолболтын уян хатан байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд нэгтгэж болно. Hybrid bonding: Энэхүү дэвшилтэт холбох технологи нь чип болон өндөр чанарын оптик интерфэйсүүдийн хооронд өндөр нягтралтай цахилгаан холболтыг бий болгохын тулд шууд холбох болон бичил овойлт технологийг хослуулсан. Энэ нь ялангуяа өндөр хүчин чадалтай оптоэлектроник хамтын интеграцчлалын хувьд ирээдүйтэй юм. Гагнуурын овойлт: Flip чип холболттой адил гагнуурын овойлтыг цахилгаан холболт үүсгэхэд ашигладаг. Гэсэн хэдий ч оптоэлектроник интеграцчлалын хүрээнд дулааны стрессээс үүдэлтэй фотоник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гэмтээхээс зайлсхийх, оптик тэгш байдлыг хадгалахад онцгой анхаарал хандуулах хэрэгтэй.

Зураг 1: : Электрон/фотон чипээс чип рүү холбох схем

Эдгээр аргын ашиг тус нь маш чухал юм: CMOS ертөнц Мурын хуулийн сайжруулалтыг үргэлжлүүлэн дагаж байгаа тул CMOS эсвэл Bi-CMOS-ийн үе бүрийг хямд цахиурын фотоник чип дээр хурдан дасан зохицож, хамгийн сайн процессын үр ашгийг хүртэх боломжтой болно. фотоник ба электроник. Фотоник нь ерөнхийдөө маш жижиг бүтэц үйлдвэрлэхийг шаарддаггүй (гол хэмжээ нь 100 орчим нанометр байдаг) бөгөөд төхөөрөмжүүд нь транзисторуудтай харьцуулахад том байдаг тул эдийн засгийн үүднээс авч үзэх нь фотоник төхөөрөмжийг ямар ч дэвшилтэт төхөөрөмжөөс тусгаарлах замаар тусад нь үйлдвэрлэхэд түлхэц болно. эцсийн бүтээгдэхүүнд шаардлагатай электрон .
Давуу тал:
1, уян хатан байдал: Янз бүрийн материал, процессыг бие даан ашиглаж электрон болон фотоник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамгийн сайн гүйцэтгэлд хүрэх боломжтой.
2, үйл явцын төлөвшил: бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн хувьд боловсорч гүйцсэн үйлдвэрлэлийн процессыг ашиглах нь үйлдвэрлэлийг хялбарчилж, зардлыг бууруулж чадна.
3, Илүү хялбар шинэчлэх, засвар үйлчилгээ: Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг салгаснаар бүхэл бүтэн системд нөлөөлөхгүйгээр бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг солих эсвэл шинэчлэх боломжийг олгодог.
Сорилт:
1, харилцан холболтын алдагдал: Чипээс гадуур холболт нь нэмэлт дохионы алдагдлыг бий болгодог бөгөөд нарийн төвөгтэй тохируулгын процедурыг шаарддаг.
2, нэмэгдсэн нарийн төвөгтэй байдал, хэмжээ: Тусдаа бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь нэмэлт сав баглаа боодол, харилцан холболт шаарддаг бөгөөд ингэснээр илүү том хэмжээтэй, өндөр өртөгтэй болно.
3, өндөр эрчим хүчний хэрэглээ: Урт дохионы зам, нэмэлт савлагаа нь цул интеграцитай харьцуулахад эрчим хүчний хэрэгцээг нэмэгдүүлж болзошгүй.
Дүгнэлт:
Цул болон олон чиптэй интеграцчлалын хооронд сонголт хийх нь гүйцэтгэлийн зорилго, хэмжээ хязгаар, зардлын тооцоо, технологийн төлөвшил зэрэг програмын тусгай шаардлагаас хамаарна. Үйлдвэрлэлийн нарийн төвөгтэй байдлыг үл харгалзан цул интеграци нь хэт жижигрүүлэх, бага эрчим хүч зарцуулалт, өндөр хурдны өгөгдөл дамжуулах шаардлагатай програмуудад ашигтай байдаг. Үүний оронд олон чиптэй интеграцчилал нь дизайны илүү уян хатан байдлыг санал болгож, одоо байгаа үйлдвэрлэлийн чадавхийг ашигладаг бөгөөд ингэснээр эдгээр хүчин зүйлс нь илүү нягт интеграцчлалын ашиг тусаас давсан тохиолдолд хэрэглэхэд тохиромжтой. Судалгааны явцад энэ хоёр стратегийн элементүүдийг хослуулсан эрлийз аргуудыг судалж, системийн гүйцэтгэлийг оновчтой болгохын зэрэгцээ арга тус бүртэй холбоотой бэрхшээлийг багасгах болно.