روش ادغام نوری

وابسته به الکتریکروش ادغام

ادغامعکسبرداریو الکترونیک یک گام اصلی در بهبود قابلیت های سیستم های پردازش اطلاعات ، فعال کردن سرعت انتقال سریع داده ها ، مصرف انرژی پایین تر و طراحی دستگاه های جمع و جور تر و باز کردن فرصت های جدید جدید برای طراحی سیستم است. روشهای ادغام به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند: ادغام یکپارچه و ادغام چند چیپ.

ادغام یکپارچه
ادغام یکپارچه شامل تولید اجزای فوتونیک و الکترونیکی در همان بستر ، معمولاً با استفاده از مواد و فرآیندهای سازگار است. این رویکرد بر ایجاد یک رابط یکپارچه بین نور و برق در یک تراشه واحد متمرکز است.
مزایای:
1. کاهش تلفات اتصال: قرار دادن فوتون ها و اجزای الکترونیکی در نزدیکی ، تلفات سیگنال مرتبط با اتصالات خارج از تراشه را به حداقل می رساند.
2 ، عملکرد بهبود یافته: ادغام محکم تر می تواند به دلیل مسیرهای سیگنال کوتاه تر و کاهش تأخیر منجر به سرعت انتقال سریع داده شود.
3 ، اندازه کوچکتر: ادغام یکپارچه امکان دستگاههای بسیار کم حجم را فراهم می کند ، که به ویژه برای برنامه های محدود فضا ، مانند مراکز داده یا دستگاه های دستی مفید است.
4 ، کاهش مصرف برق: نیاز به بسته های جداگانه و اتصالات مسافت طولانی را از بین ببرید ، که می تواند نیازهای برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
چالش:
1) سازگاری مواد: یافتن موادی که از الکترونهای با کیفیت بالا و عملکردهای فوتونیک پشتیبانی می کنند می توانند چالش برانگیز باشند زیرا اغلب به خصوصیات مختلفی احتیاج دارند.
2 ، سازگاری فرآیند: ادغام فرآیندهای متنوع تولید الکترونیک و فوتون ها بر روی همان بستر بدون تخریب عملکرد هر یک از مؤلفه ها یک کار پیچیده است.
4 ، تولید پیچیده: دقت بالا مورد نیاز برای ساختارهای الکترونیکی و فوتونیک ، پیچیدگی و هزینه تولید را افزایش می دهد.

یکپارچه سازی چند چیپ
این روش امکان انعطاف پذیری بیشتر در انتخاب مواد و فرآیندها برای هر عملکرد را فراهم می کند. در این ادغام ، اجزای الکترونیکی و فوتونیک از فرآیندهای مختلف تهیه شده و سپس در کنار هم جمع می شوند و روی یک بسته یا بستر مشترک قرار می گیرند (شکل 1). حال بیایید حالت های پیوند بین تراشه های نوری را لیست کنیم. پیوند مستقیم: این تکنیک شامل تماس مستقیم فیزیکی و پیوند دو سطح مسطح است که معمولاً توسط نیروهای پیوند مولکولی ، گرما و فشار تسهیل می شود. این مزیت از سادگی و اتصالات از دست دادن بالقوه بسیار کم است ، اما به سطوح دقیقاً تراز و تمیز نیاز دارد. اتصال فیبر/توری: در این طرح ، فیبر یا آرایه فیبر تراز شده و به لبه یا سطح تراشه فوتونیک متصل می شود و اجازه می دهد نور در داخل و خارج از تراشه همراه باشد. توری همچنین می تواند برای اتصال عمودی مورد استفاده قرار گیرد و باعث بهبود کارایی انتقال نور بین تراشه فوتونی و فیبر خارجی می شود. سوراخ های از طریق سیلیکون (TSV) و میکرو برآمدگی: سوراخ های از طریق سیلیکون از طریق یک بستر سیلیکون به هم پیوسته های عمودی هستند و باعث می شود تراشه ها در سه بعد جمع شوند. همراه با نقاط میکرو-تبدیل ، آنها به دستیابی به اتصالات الکتریکی بین تراشه های الکترونیکی و فوتونیک در تنظیمات انباشته ، مناسب برای ادغام با چگالی بالا کمک می کنند. لایه واسطه نوری: لایه واسطه نوری یک بستر جداگانه است که حاوی موج های نوری است که به عنوان واسطه ای برای مسیریابی سیگنال های نوری بین تراشه ها عمل می کند. این امکان تراز دقیق و منفعل اضافی را فراهم می کنداجزای نوریمی تواند برای افزایش انعطاف پذیری اتصال یکپارچه شود. پیوند هیبریدی: این فناوری پیوند پیشرفته ترکیبی از پیوند مستقیم و فناوری میکرو برداشت برای دستیابی به اتصالات الکتریکی با چگالی بالا بین تراشه ها و رابط های نوری با کیفیت بالا است. این امر به ویژه برای ادغام نوری با کارایی بالا امیدوار کننده است. پیوند برآمدگی لحیم کاری: شبیه به پیوند تراشه های تلنگر ، از برجستگی های لحیم کاری برای ایجاد اتصالات الکتریکی استفاده می شود. با این حال ، در زمینه ادغام نوری ، باید توجه ویژه ای به اجتناب از آسیب به اجزای فوتونی ناشی از استرس حرارتی و حفظ تراز نوری انجام شود.

شکل 1 :: طرح اتصال به تراشه الکترون/فوتون به تراشه

فواید این رویکردها قابل توجه است: از آنجا که دنیای CMOS همچنان به دنبال پیشرفت در قانون مور است ، می توان به سرعت هر نسل از CMO یا BI-CMO را بر روی یک تراشه فوتونی سیلیکون ارزان تطبیق داد و از مزایای بهترین فرایندها در فوتونیک و الکترونیک استفاده کرد. از آنجا که فوتونیک به طور کلی نیازی به ساخت ساختارهای بسیار کوچک ندارد (اندازه های کلیدی حدود 100 نانومتر معمولی هستند) و دستگاه ها در مقایسه با ترانزیستورها بزرگ هستند ، ملاحظات اقتصادی تمایل دارند دستگاه های فوتونیک را در یک فرآیند جداگانه تولید کنند ، از هر الکترونیک پیشرفته مورد نیاز برای محصول نهایی جدا شوند.
مزایای:
1 ، انعطاف پذیری: از مواد و فرآیندهای مختلف می توان به طور مستقل برای دستیابی به بهترین عملکرد اجزای الکترونیکی و فوتونیک استفاده کرد.
2 ، بلوغ فرآیند: استفاده از فرآیندهای تولید بالغ برای هر مؤلفه می تواند تولید را ساده کرده و هزینه ها را کاهش دهد.
3 ، ارتقاء و نگهداری آسانتر: جداسازی مؤلفه ها اجازه می دهد تا اجزای فردی بدون تأثیرگذاری بر کل سیستم ، به راحتی جایگزین یا به روز شوند.
چالش:
1 ، از دست دادن اتصال: اتصال خارج از تراشه از بین رفتن سیگنال اضافی معرفی می کند و ممکن است به روشهای پیچیده تراز نیاز داشته باشد.
2 ، افزایش پیچیدگی و اندازه: مؤلفه های فردی به بسته بندی و اتصال اضافی نیاز دارند و در نتیجه اندازه های بزرگتر و هزینه های بالقوه بالاتری دارند.
3 ، مصرف انرژی بالاتر: مسیرهای سیگنال طولانی تر و بسته بندی های اضافی ممکن است نیازهای برق را در مقایسه با ادغام یکپارچه افزایش دهد.
نتیجه گیری:
انتخاب بین ادغام یکپارچه و چند چیپ بستگی به الزامات خاص کاربرد دارد ، از جمله اهداف عملکرد ، محدودیت های اندازه ، ملاحظات هزینه و بلوغ فناوری. با وجود پیچیدگی تولید ، ادغام یکپارچه برای کاربردهایی که نیاز به مینیاتوری سازی شدید ، مصرف کم مصرف و انتقال داده های پر سرعت دارند ، سودمند است. در عوض ، ادغام چند چیپ انعطاف پذیری طراحی بیشتری را ارائه می دهد و از قابلیت های تولید موجود استفاده می کند ، و آن را برای برنامه هایی که در آن این عوامل از مزایای ادغام سخت تر بالاتر است ، مناسب می کند. با پیشرفت تحقیقات ، رویکردهای ترکیبی که عناصر هر دو استراتژی را با هم ترکیب می کنند نیز برای بهینه سازی عملکرد سیستم در حالی که کاهش چالش های مرتبط با هر رویکرد است ، مورد بررسی قرار می گیرند.