Njia ya ujumuishaji wa Optoelectronic

Optoelectronicmbinu ya kuunganisha

Ujumuishaji wapichana vifaa vya elektroniki ni hatua muhimu katika kuboresha uwezo wa mifumo ya kuchakata taarifa, kuwezesha viwango vya kasi vya uhamishaji data, matumizi ya chini ya nishati na miundo thabiti zaidi ya vifaa, na kufungua fursa kubwa mpya za muundo wa mfumo. Mbinu za kuunganisha kwa ujumla zimegawanywa katika makundi mawili: ushirikiano wa monolithic na ushirikiano wa chip nyingi.

Ushirikiano wa monolithic
Ushirikiano wa monolithic unahusisha utengenezaji wa vipengele vya picha na elektroniki kwenye substrate sawa, kwa kawaida kwa kutumia vifaa na michakato inayoendana. Mbinu hii inalenga katika kuunda kiolesura cha imefumwa kati ya mwanga na umeme ndani ya chip moja.
Manufaa:
1. Punguza hasara za muunganisho: Kuweka fotoni na vijenzi vya kielektroniki katika ukaribu hupunguza upotevu wa mawimbi unaohusishwa na miunganisho ya nje ya chip.
2, Utendaji ulioboreshwa: Uunganisho mkali zaidi unaweza kusababisha kasi ya uhamishaji wa data kwa sababu ya njia fupi za mawimbi na utulivu uliopunguzwa.
3, Ukubwa mdogo: Muunganisho wa Monolithic huruhusu vifaa vilivyobana sana, ambavyo ni vya manufaa hasa kwa programu zisizo na nafasi, kama vile vituo vya data au vifaa vinavyoshikiliwa kwa mkono.
4, kupunguza matumizi ya nguvu: kuondoa hitaji la vifurushi tofauti na viunganisho vya umbali mrefu, ambavyo vinaweza kupunguza mahitaji ya nguvu kwa kiasi kikubwa.
Changamoto:
1) Uoanifu wa nyenzo: Kupata nyenzo zinazotumia elektroni za ubora wa juu na utendakazi wa picha kunaweza kuwa changamoto kwa sababu mara nyingi huhitaji sifa tofauti.
2, utangamano wa mchakato: Kuunganisha michakato mbalimbali ya utengenezaji wa vifaa vya elektroniki na fotoni kwenye substrate moja bila kudhalilisha utendaji wa sehemu yoyote ni kazi ngumu.
4, Utengenezaji tata: Usahihi wa hali ya juu unaohitajika kwa miundo ya kielektroniki na picha huongeza ugumu na gharama ya utengenezaji.

Ujumuishaji wa chip nyingi
Mbinu hii inaruhusu kubadilika zaidi katika kuchagua nyenzo na michakato kwa kila kazi. Katika ushirikiano huu, vipengele vya elektroniki na photonic hutoka kwa michakato tofauti na kisha hukusanywa pamoja na kuwekwa kwenye mfuko wa kawaida au substrate (Mchoro 1). Sasa hebu tuorodheshe njia za kuunganisha kati ya chips za optoelectronic. Uunganishaji wa moja kwa moja: Mbinu hii inahusisha mguso wa moja kwa moja wa kimwili na kuunganisha kwa nyuso mbili zilizopangwa, kwa kawaida kuwezesha nguvu za kuunganisha za molekuli, joto na shinikizo. Ina faida ya urahisi na uwezekano wa miunganisho ya hasara ya chini sana, lakini inahitaji nyuso zilizopangwa kwa usahihi na safi. Uunganisho wa nyuzi/wavu: Katika mpango huu, safu ya nyuzi au nyuzi hupangwa na kuunganishwa kwenye ukingo au uso wa chipu ya picha, hivyo basi kuruhusu mwanga kuunganishwa ndani na nje ya chip. Wavu pia inaweza kutumika kwa kuunganisha wima, kuboresha ufanisi wa upitishaji wa mwanga kati ya chip photonic na fiber nje. Kupitia mashimo ya silikoni (TSV) na matuta madogo: Mashimo ya kupitia silikoni ni viunganishi vya wima kupitia sehemu ndogo ya silicon, hivyo kuruhusu chips kupangwa katika vipimo vitatu. Kwa kuchanganya na pointi ndogo-convex, husaidia kufikia miunganisho ya umeme kati ya chips za elektroniki na photonic katika usanidi uliopangwa, unaofaa kwa ushirikiano wa juu-wiani. Safu ya kati ya macho: Safu ya kati ya macho ni sehemu ndogo tofauti iliyo na miongozo ya mawimbi ya macho ambayo hutumika kama kiunganishi cha kuelekeza mawimbi ya macho kati ya chip. Inaruhusu upangaji sahihi, na passiv ziadavipengele vya machoinaweza kuunganishwa kwa kuongezeka kwa kubadilika kwa muunganisho. Uunganishaji wa mseto: Teknolojia hii ya hali ya juu ya kuunganisha inachanganya teknolojia ya kuunganisha moja kwa moja na micro-bump ili kufikia miunganisho ya umeme ya msongamano wa juu kati ya chip na violesura vya ubora wa juu. Inatia matumaini hasa kwa ushirikiano wa utendaji wa juu wa optoelectronic. Uunganishaji wa matuta ya solder: Sawa na kuunganisha chip, matuta ya solder hutumiwa kuunda miunganisho ya umeme. Hata hivyo, katika muktadha wa ushirikiano wa optoelectronic, tahadhari maalum inapaswa kulipwa ili kuepuka uharibifu wa vipengele vya picha vinavyosababishwa na mkazo wa joto na kudumisha usawa wa macho.

Kielelezo 1: : Mpango wa Kuunganisha kwa chip-to-chip ya elektroni/photon

Manufaa ya mbinu hizi ni muhimu: Ulimwengu wa CMOS unapoendelea kufuata maboresho katika Sheria ya Moore, itawezekana kurekebisha haraka kila kizazi cha CMOS au Bi-CMOS kwenye chip ya bei nafuu ya silicon photonic, na kupata manufaa ya michakato bora zaidi nchini. photonics na umeme. Kwa sababu upigaji picha kwa ujumla hauhitaji uundaji wa miundo midogo sana (ukubwa muhimu wa takriban nanomita 100 ni za kawaida) na vifaa ni vikubwa ikilinganishwa na transistors, mazingatio ya kiuchumi yataelekea kusukuma vifaa vya kupiga picha vitengenezwe kwa mchakato tofauti, vikitenganishwa na vifaa vyovyote vya hali ya juu. vifaa vya elektroniki vinavyohitajika kwa bidhaa ya mwisho.
Manufaa:
1, kubadilika: Nyenzo na michakato tofauti inaweza kutumika kwa kujitegemea kufikia utendaji bora wa vipengele vya elektroniki na picha.
2, ukomavu wa mchakato: matumizi ya michakato ya utengenezaji wa kukomaa kwa kila sehemu inaweza kurahisisha uzalishaji na kupunguza gharama.
3, Uboreshaji na matengenezo rahisi: Mgawanyo wa vipengele huruhusu vipengele vya mtu binafsi kubadilishwa au kuboreshwa kwa urahisi zaidi bila kuathiri mfumo mzima.
Changamoto:
1, upotezaji wa muunganisho: Muunganisho wa off-chip huleta upotezaji wa ishara ya ziada na inaweza kuhitaji taratibu ngumu za upatanishi.
2, kuongezeka kwa utata na ukubwa: Vipengele vya mtu binafsi vinahitaji ufungaji wa ziada na miunganisho, na kusababisha ukubwa mkubwa na uwezekano wa gharama kubwa.
3, matumizi ya juu ya nguvu: Njia ndefu za mawimbi na vifungashio vya ziada vinaweza kuongeza mahitaji ya nguvu ikilinganishwa na ujumuishaji wa monolithic.
Hitimisho:
Kuchagua kati ya muunganisho wa chip nyingi na monolithic hutegemea mahitaji mahususi ya programu, ikiwa ni pamoja na malengo ya utendaji, vikwazo vya ukubwa, kuzingatia gharama na ukomavu wa teknolojia. Licha ya ugumu wa utengenezaji, ujumuishaji wa monolithic ni wa faida kwa programu zinazohitaji uboreshaji mdogo sana, matumizi ya chini ya nishati, na uwasilishaji wa data ya kasi ya juu. Badala yake, muunganisho wa chip nyingi hutoa unyumbulifu mkubwa zaidi wa muundo na hutumia uwezo uliopo wa utengenezaji, na kuifanya inafaa kwa programu ambapo mambo haya yanazidi faida za ujumuishaji mkali. Utafiti unapoendelea, mbinu mseto zinazochanganya vipengele vya mikakati yote miwili pia zinachunguzwa ili kuboresha utendaji wa mfumo huku ikipunguza changamoto zinazohusiana na kila mbinu.