ວິທີການປະສົມປະສານ Optoelectronic

Optoelectronicວິທີການປະສົມປະສານ

ການປະສົມປະສານຂອງໂຟໂຕນິກແລະເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນບາດກ້າວສໍາຄັນໃນການປັບປຸງຄວາມສາມາດຂອງລະບົບການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນຂ່າວສານ, ເຮັດໃຫ້ອັດຕາການໂອນຂໍ້ມູນໄວຂຶ້ນ, ການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ໍາແລະການອອກແບບອຸປະກອນທີ່ຫນາແຫນ້ນ, ແລະເປີດໂອກາດໃຫມ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ສໍາລັບການອອກແບບລະບົບ. ວິທີການປະສົມປະສານໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນແບ່ງອອກເປັນສອງປະເພດ: ການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic ແລະການເຊື່ອມໂຍງຫຼາຍຊິບ.

ການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic
ການເຊື່ອມໂຍງ monolithic ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຜະລິດ photonic ແລະອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກຢູ່ໃນ substrate ດຽວກັນ, ປົກກະຕິແລ້ວການນໍາໃຊ້ອຸປະກອນແລະຂະບວນການທີ່ເຂົ້າກັນໄດ້. ວິທີການນີ້ສຸມໃສ່ການສ້າງການໂຕ້ຕອບ seamless ລະຫວ່າງແສງສະຫວ່າງແລະໄຟຟ້າພາຍໃນຊິບດຽວ.
ຂໍ້ດີ:
1. ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍການເຊື່ອມຕໍ່ກັນ: ການວາງໂຟຕອນ ແລະ ອົງປະກອບອີເລັກໂທຣນິກໄວ້ໃກ້ໆກັນ ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍສັນຍານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການເຊື່ອມຕໍ່ off-chip.
2, ການປັບປຸງປະສິດທິພາບ: ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ແຫນ້ນຫນາສາມາດນໍາໄປສູ່ຄວາມໄວໃນການໂອນຂໍ້ມູນໄວຂຶ້ນເນື່ອງຈາກເສັ້ນທາງສັນຍານສັ້ນແລະ latency ຫຼຸດລົງ.
3, ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າ: ການເຊື່ອມໂຍງແບບ Monolithic ຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ, ເຊິ່ງເປັນປະໂຫຍດໂດຍສະເພາະສໍາລັບການນໍາໃຊ້ພື້ນທີ່ຈໍາກັດ, ເຊັ່ນ: ສູນຂໍ້ມູນຫຼືອຸປະກອນມືຖື.
4, ຫຼຸດຜ່ອນການບໍລິໂພກພະລັງງານ: ລົບລ້າງຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບການຫຸ້ມຫໍ່ແຍກຕ່າງຫາກແລະການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງທາງໄກ, ເຊິ່ງສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ສິ່ງທ້າທາຍ:
1) ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງວັດສະດຸ: ການຊອກຫາວັດສະດຸທີ່ສະຫນັບສະຫນູນທັງສອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງແລະຫນ້າທີ່ photonic ສາມາດເປັນສິ່ງທ້າທາຍເພາະວ່າພວກເຂົາມັກຈະຕ້ອງການຄຸນສົມບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
2, ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງຂະບວນການ: ການລວມຂະບວນການຜະລິດທີ່ຫລາກຫລາຍຂອງເອເລັກໂຕຣນິກແລະໂຟຕອນຢູ່ໃນຊັ້ນຍ່ອຍດຽວກັນໂດຍບໍ່ມີການທໍາລາຍການປະຕິບັດຂອງອົງປະກອບຫນຶ່ງແມ່ນເປັນວຽກທີ່ສັບສົນ.
4, ການຜະລິດສະລັບສັບຊ້ອນ: ຄວາມແມ່ນຍໍາສູງທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບໂຄງສ້າງເອເລັກໂຕຣນິກແລະ photononic ເພີ່ມຄວາມສັບສົນແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດ.

ການເຊື່ອມໂຍງຫຼາຍຊິບ
ວິທີການນີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຫຼາຍກວ່າເກົ່າໃນການເລືອກວັດສະດຸແລະຂະບວນການສໍາລັບແຕ່ລະຫນ້າທີ່. ໃນການປະສົມປະສານນີ້, ອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກແລະ photonic ແມ່ນມາຈາກຂະບວນການທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ຖືກປະກອບເຂົ້າກັນແລະວາງໄວ້ໃນຊຸດທົ່ວໄປຫຼື substrate (ຮູບ 1). ຕອນນີ້ໃຫ້ລາຍຊື່ຮູບແບບການຜູກມັດລະຫວ່າງຊິບ optoelectronic. ການຜູກມັດໂດຍກົງ: ເຕັກນິກນີ້ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຕິດຕໍ່ທາງກາຍະພາບໂດຍກົງແລະການຜູກມັດຂອງຫນ້າດິນສອງດ້ານ, ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນອໍານວຍຄວາມສະດວກໂດຍກໍາລັງຜູກມັດໂມເລກຸນ, ຄວາມຮ້ອນ, ແລະຄວາມກົດດັນ. ມັນມີຄວາມໄດ້ປຽບຂອງຄວາມງ່າຍດາຍແລະການເຊື່ອມຕໍ່ການສູນເສຍຕ່ໍາຫຼາຍ, ແຕ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການສອດຄ່ອງຊັດເຈນແລະຫນ້າດິນທີ່ສະອາດ. ການເຊື່ອມຕໍ່ເສັ້ນໄຍ / grating: ໃນໂຄງການນີ້, ເສັ້ນໃຍຫຼືເສັ້ນໄຍ array ແມ່ນສອດຄ່ອງແລະຖືກຜູກມັດກັບຂອບຫຼືຫນ້າດິນຂອງຊິບ photonic, ອະນຸຍາດໃຫ້ແສງສະຫວ່າງສົມທົບໃນແລະອອກຈາກຊິບ. grating ຍັງສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການ coupling ຕັ້ງ, ປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງການສົ່ງຂອງແສງສະຫວ່າງລະຫວ່າງ chip photonic ແລະເສັ້ນໄຍພາຍນອກ. ຮູຜ່ານຊິລິໂຄນ (TSVs) ແລະຈຸນລະພາກ: ຮູຜ່ານຊິລິໂຄນແມ່ນເຊື່ອມຕໍ່ກັນຕາມແນວຕັ້ງຜ່ານຊັ້ນຍ່ອຍຊິລິໂຄນ, ຊ່ວຍໃຫ້ຊິບຖືກວາງຊ້ອນກັນເປັນສາມມິຕິ. ສົມທົບກັບຈຸດຈຸນລະພາກ convex, ພວກເຂົາເຈົ້າຊ່ວຍໃຫ້ບັນລຸການເຊື່ອມຕໍ່ໄຟຟ້າລະຫວ່າງ chip ເອເລັກໂຕຣນິກແລະ photonic ໃນການຕັ້ງຄ່າ stacked, ເຫມາະສົມສໍາລັບການປະສົມປະສານທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ. ຊັ້ນຕົວກາງທາງແສງ: ຊັ້ນຕົວກາງທາງແສງແມ່ນຊັ້ນຍ່ອຍທີ່ແຍກອອກເປັນຊັ້ນນໍາທີ່ປະກອບດ້ວຍແຜ່ນນໍາທາງແສງທີ່ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຕົວກາງໃນການສົ່ງສັນຍານທາງແສງລະຫວ່າງຊິບ. ມັນອະນຸຍາດໃຫ້ມີການຈັດຕໍາແຫນ່ງທີ່ຊັດເຈນ, ແລະຕົວຕັ້ງຕົວຕີເພີ່ມເຕີມອົງປະກອບ opticalສາມາດໄດ້ຮັບການປະສົມປະສານສໍາລັບການເພີ່ມຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງການເຊື່ອມຕໍ່. ການຜູກມັດແບບປະສົມ: ເທກໂນໂລຍີການຜູກມັດແບບພິເສດນີ້ປະສົມປະສານການຜູກມັດໂດຍກົງແລະເຕັກໂນໂລຢີ micro-bump ເພື່ອບັນລຸການເຊື່ອມຕໍ່ໄຟຟ້າທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງລະຫວ່າງຊິບແລະອິນເຕີເຟດ optical ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ. ມັນມີຄວາມມຸ່ງຫວັງໂດຍສະເພາະສໍາລັບການປະສົມປະສານ optoelectronic ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. solder bump bonding: ຄ້າຍຄືກັນກັບ flip chip bonding, solder bumps ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງການເຊື່ອມຕໍ່ໄຟຟ້າ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນສະພາບການຂອງການເຊື່ອມໂຍງ optoelectronic, ຕ້ອງໄດ້ເອົາໃຈໃສ່ເປັນພິເສດເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການເສຍຫາຍຂອງອົງປະກອບ photonic ທີ່ເກີດຈາກຄວາມກົດດັນຄວາມຮ້ອນແລະການຮັກສາຄວາມສອດຄ່ອງ optical.

ຮູບທີ 1: : ລະບົບການຜູກມັດເອເລັກໂຕຣນິກ/photon chip-to-chip

ຜົນປະໂຫຍດຂອງວິທີການເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນ: ໃນຂະນະທີ່ໂລກ CMOS ສືບຕໍ່ປະຕິບັດຕາມການປັບປຸງໃນກົດຫມາຍຂອງ Moore, ມັນຈະສາມາດປັບຕົວແຕ່ລະລຸ້ນຂອງ CMOS ຫຼື Bi-CMOS ເຂົ້າໄປໃນຊິບຊິລິໂຄນ photonic ລາຄາຖືກ, ເກັບກໍາຜົນປະໂຫຍດຂອງຂະບວນການທີ່ດີທີ່ສຸດໃນ. photonics ແລະເອເລັກໂຕຣນິກ. ເນື່ອງຈາກວ່າ photonics ໂດຍທົ່ວໄປບໍ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີ fabrication ຂອງໂຄງສ້າງຂະຫນາດນ້ອຍຫຼາຍ (ຂະຫນາດທີ່ສໍາຄັນປະມານ 100 nanometers ແມ່ນປົກກະຕິ) ແລະອຸປະກອນມີຂະຫນາດໃຫຍ່ເມື່ອທຽບກັບ transistors, ການພິຈາລະນາທາງດ້ານເສດຖະກິດມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະຍູ້ອຸປະກອນ photonic ທີ່ຈະຜະລິດໃນຂະບວນການແຍກຕ່າງຫາກ, ແຍກອອກຈາກກ້າວຫນ້າທາງດ້ານໃດ. ເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບຜະລິດຕະພັນສຸດທ້າຍ.
ຂໍ້ດີ:
1, ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ: ວັດສະດຸແລະຂະບວນການທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມາດນໍາໃຊ້ເປັນເອກະລາດເພື່ອບັນລຸການປະຕິບັດທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກແລະ photonic.
2, ຂະບວນການໃຫຍ່ເຕັມຕົວ: ການນໍາໃຊ້ຂະບວນການຜະລິດທີ່ໃຫຍ່ເຕັມຕົວສໍາລັບແຕ່ລະອົງປະກອບສາມາດເຮັດໃຫ້ການຜະລິດງ່າຍແລະຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.
3, ການຍົກລະດັບແລະການບໍາລຸງຮັກສາທີ່ງ່າຍກວ່າ: ການແຍກອົງປະກອບເຮັດໃຫ້ອົງປະກອບສ່ວນບຸກຄົນສາມາດທົດແທນຫຼືປັບປຸງໄດ້ງ່າຍກວ່າໂດຍບໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ລະບົບທັງຫມົດ.
ສິ່ງທ້າທາຍ:
1, ການສູນເສຍການເຊື່ອມຕໍ່ກັນ: ການເຊື່ອມຕໍ່ off-chip ແນະນໍາການສູນເສຍສັນຍານເພີ່ມເຕີມແລະອາດຈະຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຂັ້ນຕອນການຈັດຕໍາແຫນ່ງທີ່ສັບສົນ.
2, ຄວາມຊັບຊ້ອນແລະຂະຫນາດທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ: ອົງປະກອບສ່ວນບຸກຄົນຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຫຸ້ມຫໍ່ເພີ່ມເຕີມແລະການເຊື່ອມຕໍ່ກັນ, ເຮັດໃຫ້ຂະຫນາດທີ່ໃຫຍ່ກວ່າແລະມີທ່າແຮງສູງ.
3, ການໃຊ້ພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ: ເສັ້ນທາງສັນຍານທີ່ຍາວກວ່າແລະການຫຸ້ມຫໍ່ເພີ່ມເຕີມອາດຈະເພີ່ມຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານເມື່ອທຽບກັບການປະສົມປະສານ monolithic.
ສະຫຼຸບ:
ການເລືອກລະຫວ່າງການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic ແລະຫຼາຍຊິບແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມຕ້ອງການສະເພາະຂອງແອັບພລິເຄຊັນ, ລວມທັງເປົ້າຫມາຍການປະຕິບັດ, ຂໍ້ຈໍາກັດຂະຫນາດ, ການພິຈາລະນາຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະການເຕີບໃຫຍ່ຂອງເຕັກໂນໂລຢີ. ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມສັບສົນໃນການຜະລິດ, ການເຊື່ອມໂຍງແບບ monolithic ແມ່ນເປັນປະໂຫຍດສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຕ້ອງການການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຫນາແຫນ້ນ, ການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ໍາ, ແລະການສົ່ງຂໍ້ມູນຄວາມໄວສູງ. ແທນທີ່ຈະ, ການເຊື່ອມໂຍງຫຼາຍຊິບສະຫນອງຄວາມຍືດຫຍຸ່ນໃນການອອກແບບຫຼາຍກວ່າເກົ່າແລະນໍາໃຊ້ຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດທີ່ມີຢູ່, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ປັດໃຈເຫຼົ່ານີ້ຫຼາຍກວ່າຜົນປະໂຫຍດຂອງການປະສົມປະສານທີ່ເຄັ່ງຄັດ. ໃນຂະນະທີ່ການຄົ້ນຄວ້າມີຄວາມຄືບຫນ້າ, ວິທີການປະສົມທີ່ປະສົມປະສານອົງປະກອບຂອງທັງສອງຍຸດທະສາດຍັງຖືກຄົ້ນຫາເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງລະບົບໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບແຕ່ລະວິທີການ.