Optoelectronic integration nga pamaagi

Optoelectronicpamaagi sa paghiusa

Ang paghiusa saphotonicsug ang electronics usa ka mahinungdanong lakang sa pagpausbaw sa mga kapabilidad sa mga sistema sa pagproseso sa impormasyon, pagpagana sa mas paspas nga mga rate sa pagbalhin sa datos, pagpaubos sa konsumo sa kuryente ug mas compact nga mga disenyo sa device, ug pagbukas sa dagkong bag-ong mga oportunidad alang sa disenyo sa sistema. Ang mga pamaagi sa paghiusa kasagaran gibahin sa duha ka mga kategorya: monolithic integration ug multi-chip integration.

Monolithic integration
Ang monolithic integration naglakip sa paghimo sa photonic ug electronic nga mga sangkap sa parehas nga substrate, kasagaran gamit ang mga compatible nga materyales ug proseso. Kini nga pamaagi nagtutok sa paghimo sa usa ka seamless interface tali sa kahayag ug elektrisidad sulod sa usa ka chip.
Mga bentaha:
1. Pagpakunhod sa pagkawala sa interconnection: Ang pagbutang sa mga photon ug electronic nga mga sangkap sa duol makapamenos sa pagkawala sa signal nga may kalabutan sa off-chip nga mga koneksyon.
2, Mas maayo nga pasundayag: Ang mas hugot nga paghiusa mahimong mosangpot sa mas paspas nga pagbalhin sa datos tungod sa mas mubo nga mga agianan sa signal ug pagkunhod sa latency.
3, Mas gamay nga gidak-on: Ang monolitikong panagsama nagtugot alang sa labi ka compact nga mga aparato, nga labi ka mapuslanon alang sa mga aplikasyon nga limitado sa wanang, sama sa mga sentro sa datos o mga gamit sa handheld.
4, pagpakunhod sa konsumo sa kuryente: pagwagtang sa panginahanglan alang sa bulag nga mga pakete ug mga long-distance interconnects, nga makapakunhod pag-ayo sa mga kinahanglanon sa kuryente.
Hagit:
1) Pagkaangay sa materyal: Ang pagpangita sa mga materyales nga nagsuporta sa mga de-kalidad nga mga electron ug photonic function mahimong mahagiton tungod kay sila kanunay nanginahanglan lainlaing mga kabtangan.
2, pagkaangay sa proseso: Ang paghiusa sa lainlaing mga proseso sa paggama sa mga elektroniko ug mga photon sa parehas nga substrate nga wala’y pagdaot sa pasundayag sa bisan unsang bahin usa ka komplikado nga buluhaton.
4, Komplikado nga paghimo: Ang taas nga katukma nga gikinahanglan alang sa elektroniko ug photononic nga mga istruktura nagdugang sa pagkakomplikado ug gasto sa paghimo.

Multi-chip integration
Kini nga pamaagi nagtugot alang sa mas dako nga pagka-flexible sa pagpili sa mga materyales ug mga proseso alang sa matag function. Sa kini nga panagsama, ang mga elektroniko ug photonic nga sangkap gikan sa lainlaing mga proseso ug dayon gitigum ug gibutang sa usa ka sagad nga pakete o substrate (Figure 1). Karon atong ilista ang bonding modes tali sa optoelectronic chips. Direktang pagbugkos: Kini nga teknik naglakip sa direkta nga pisikal nga pagkontak ug pagbugkos sa duha ka planar nga mga ibabaw, nga kasagaran gipadali sa mga pwersa sa pagbugkos sa molekula, kainit, ug presyur. Kini adunay bentaha sa kayano ug lagmit ubos kaayo nga pagkawala sa mga koneksyon, apan nagkinahanglan og tukma nga pagkahan-ay ug limpyo nga mga ibabaw. Fiber/grating coupling: Sa kini nga laraw, ang fiber o fiber array gi-align ug gibugkos sa ngilit o nawong sa photonic chip, nga gitugotan ang kahayag nga madugtong sa sulod ug gawas sa chip. Ang grating mahimo usab nga gamiton alang sa bertikal nga pagkabit, pagpaayo sa kaepektibo sa pagpasa sa kahayag tali sa photonic chip ug sa gawas nga lanot. Through-silicon holes (TSVs) ug micro-bumps: Ang through-silicon holes kay vertical nga interconnects pinaagi sa silicon substrate, nga nagtugot sa mga chips nga ma-stack sa tulo ka dimensyon. Inubanan sa mga micro-convex nga mga punto, kini makatabang sa pagkab-ot sa mga de-koryenteng koneksyon tali sa electronic ug photonic chips sa stacked configurations, nga angay alang sa high-density integration. Optical intermediary layer: Ang optical intermediary layer usa ka separado nga substrate nga adunay optical waveguides nga nagsilbing intermediary alang sa pag-ruta sa optical signal tali sa mga chips. Gitugotan niini ang tukma nga pag-align, ug dugang nga passiveoptical nga mga sangkapmahimong i-integrate alang sa dugang nga pagka-flexible sa koneksyon. Hybrid bonding: Kini nga advanced bonding technology naghiusa sa direkta nga bonding ug micro-bump nga teknolohiya aron makab-ot ang high-density electrical connections tali sa mga chips ug taas nga kalidad nga optical interface. Kini labi nga nagsaad alang sa high-performance optoelectronic co-integration. Solder bump bonding: Sama sa flip chip bonding, ang solder bumps gigamit sa paghimo og electrical connections. Bisan pa, sa konteksto sa optoelectronic integration, ang espesyal nga atensyon kinahanglan ibayad aron malikayan ang kadaot sa mga sangkap sa photonic tungod sa thermal stress ug pagpadayon sa optical alignment.

Hulagway 1: : Electron/photon chip-to-chip Bonding scheme

Mahinungdanon ang mga benepisyo niini nga mga pamaagi: Samtang ang kalibutan sa CMOS nagpadayon sa pagsunod sa mga pag-uswag sa Balaod ni Moore, posible nga dali nga ipahiangay ang matag henerasyon sa CMOS o Bi-CMOS sa usa ka barato nga silicon photonic chip, nga nag-ani sa mga benepisyo sa labing kaayo nga mga proseso sa. photonics ug electronics. Tungod kay ang mga photonic sa kasagaran wala magkinahanglan sa paghimo sa gagmay kaayo nga mga istruktura (mga yawe nga gidak-on nga mga 100 nanometer ang kasagaran) ug ang mga himan dako kon itandi sa mga transistors, ang mga konsiderasyon sa ekonomiya lagmit nga magduso sa mga photonic nga mga himan nga himoon sa usa ka bulag nga proseso, nga nahimulag gikan sa bisan unsang advanced. electronics nga gikinahanglan alang sa katapusan nga produkto.
Mga bentaha:
1, pagka-flexible: Ang lainlaing mga materyales ug proseso mahimong magamit nga independente aron makab-ot ang labing kaayo nga pasundayag sa mga sangkap sa elektroniko ug photonic.
2, pagkahamtong sa proseso: ang paggamit sa mga hamtong nga proseso sa paggama alang sa matag sangkap makapasimple sa produksiyon ug makunhuran ang mga gasto.
3, Mas dali nga pag-upgrade ug pagmentinar: Ang pagbulag sa mga sangkap nagtugot sa indibidwal nga mga sangkap nga mapulihan o ma-upgrade nga mas dali nga dili makaapekto sa tibuuk nga sistema.
Hagit:
1, pagkawala sa interconnection: Ang koneksyon sa off-chip nagpaila sa dugang nga pagkawala sa signal ug mahimong magkinahanglan og komplikadong mga pamaagi sa pag-align.
2, nadugangan nga pagkakomplikado ug gidak-on: Ang mga indibidwal nga sangkap nanginahanglan dugang nga pagputos ug mga koneksyon, nga moresulta sa mas dagkong mga gidak-on ug lagmit mas taas nga gasto.
3, mas taas nga konsumo sa kuryente: Ang mas taas nga mga agianan sa signal ug dugang nga pakete mahimong makadugang sa mga kinahanglanon sa kuryente kumpara sa monolithic integration.
Panapos:
Ang pagpili tali sa monolithic ug multi-chip integration nagdepende sa mga kinahanglanon nga espesipiko sa aplikasyon, lakip ang mga katuyoan sa pasundayag, mga limitasyon sa gidak-on, mga konsiderasyon sa gasto, ug pagkahamtong sa teknolohiya. Bisan pa sa pagkakomplikado sa paghimo, ang monolithic integration mapuslanon alang sa mga aplikasyon nga nanginahanglan grabe nga miniaturization, ubos nga konsumo sa kuryente, ug high-speed nga pagpadala sa datos. Hinunoa, ang multi-chip integration nagtanyag og mas dako nga pagka-flexible sa disenyo ug naggamit sa kasamtangan nga mga kapabilidad sa paghimo, nga naghimo niini nga angay alang sa mga aplikasyon diin kini nga mga butang mas labaw pa sa mga benepisyo sa mas hugot nga panagsama. Samtang nag-uswag ang panukiduki, ang mga hybrid nga pamaagi nga naghiusa sa mga elemento sa duha nga mga estratehiya gisusi usab aron ma-optimize ang performance sa sistema samtang gipagaan ang mga hagit nga may kalabotan sa matag pamaagi.