ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकत्रीकरण पद्धत

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिकएकत्रीकरण पद्धत

चे एकत्रीकरणफोटॉनिक्सआणि इलेक्ट्रॉनिक्स ही माहिती प्रक्रिया प्रणालीची क्षमता सुधारणे, वेगवान डेटा हस्तांतरण दर, कमी उर्जा वापर आणि अधिक कॉम्पॅक्ट डिव्हाइस डिझाइन सक्षम करणे आणि सिस्टम डिझाइनसाठी प्रचंड नवीन संधी उघडण्याचे एक महत्त्वाचे पाऊल आहे. एकत्रीकरण पद्धती सामान्यत: दोन श्रेणींमध्ये विभागल्या जातात: मोनोलिथिक एकत्रीकरण आणि मल्टी-चिप एकत्रीकरण.

मोनोलिथिक एकत्रीकरण
मोनोलिथिक एकत्रीकरणामध्ये समान सब्सट्रेटवर फोटॉनिक आणि इलेक्ट्रॉनिक घटकांचे उत्पादन करणे समाविष्ट असते, सामान्यत: सुसंगत सामग्री आणि प्रक्रिया वापरणे. हा दृष्टिकोन एकाच चिपमध्ये प्रकाश आणि वीज दरम्यान अखंड इंटरफेस तयार करण्यावर केंद्रित आहे.
फायदे:
1. इंटरकनेक्शनचे नुकसान कमी करा: जवळच्या प्रॉक्सिमिटीमध्ये फोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनिक घटक ठेवणे ऑफ-चिप कनेक्शनशी संबंधित सिग्नल नुकसान कमी करते.
२, सुधारित कामगिरी: घट्ट एकत्रीकरणामुळे कमी सिग्नल पथ आणि विलंब कमी झाल्यामुळे वेगवान डेटा हस्तांतरण गती होऊ शकते.
3, लहान आकार: मोनोलिथिक एकत्रीकरण अत्यंत कॉम्पॅक्ट डिव्हाइससाठी अनुमती देते, जे डेटा सेंटर किंवा हँडहेल्ड डिव्हाइस सारख्या अवकाश-मर्यादित अनुप्रयोगांसाठी विशेषतः फायदेशीर आहे.
4, वीज वापर कमी करा: स्वतंत्र पॅकेजेस आणि लांब-अंतराच्या इंटरकनेक्ट्सची आवश्यकता दूर करा, ज्यामुळे शक्तीची आवश्यकता लक्षणीय प्रमाणात कमी होऊ शकते.
आव्हानः
१) सामग्रीची सुसंगतता: उच्च-गुणवत्तेच्या इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉनिक फंक्शन्सला समर्थन देणारी सामग्री शोधणे आव्हानात्मक असू शकते कारण त्यांना बर्‍याचदा वेगवेगळ्या गुणधर्मांची आवश्यकता असते.
२, प्रक्रिया सुसंगतता: कोणत्याही एका घटकाची कार्यक्षमता कमी न करता समान सब्सट्रेटवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि फोटॉनच्या विविध उत्पादन प्रक्रिया समाकलित करणे हे एक जटिल कार्य आहे.
4, कॉम्प्लेक्स मॅन्युफॅक्चरिंग: इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनॉनिक स्ट्रक्चर्ससाठी आवश्यक उच्च सुस्पष्टता उत्पादनाची जटिलता आणि खर्च वाढवते.

मल्टी-चिप एकत्रीकरण
हा दृष्टिकोन प्रत्येक फंक्शनसाठी सामग्री आणि प्रक्रिया निवडण्यात अधिक लवचिकता करण्यास अनुमती देते. या एकत्रीकरणामध्ये, इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटॉनिक घटक वेगवेगळ्या प्रक्रियेतून येतात आणि नंतर एकत्र एकत्र केले जातात आणि सामान्य पॅकेज किंवा सब्सट्रेटवर ठेवतात (आकृती 1). आता ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिप्स दरम्यान बाँडिंग मोडची यादी करूया. थेट बाँडिंग: या तंत्रात दोन प्लानर पृष्ठभागाचा थेट शारीरिक संपर्क आणि बंधन समाविष्ट आहे, सामान्यत: आण्विक बंधन शक्ती, उष्णता आणि दबावांद्वारे सुलभ होते. याचा साधेपणाचा फायदा आणि संभाव्यत: अत्यंत कमी तोटा कनेक्शनचा फायदा आहे, परंतु तंतोतंत संरेखित आणि स्वच्छ पृष्ठभाग आवश्यक आहेत. फायबर/ग्रेटिंग कपलिंग: या योजनेत, फायबर किंवा फायबर अ‍ॅरे संरेखित केले जाते आणि फोटॉनिक चिपच्या काठावर किंवा पृष्ठभागावर बंधन घातले जाते, ज्यामुळे प्रकाश चिपमध्ये आणि बाहेर जोडला जाऊ शकतो. ग्रेटिंगचा वापर उभ्या जोडप्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो, फोटॉनिक चिप आणि बाह्य फायबर दरम्यान प्रकाशाच्या संक्रमणाची कार्यक्षमता सुधारित करते. थ्रू-सिलिकॉन होल (टीएसव्ही) आणि मायक्रो-बम्प्स: थ्रू-सिलिकॉन होल सिलिकॉन सब्सट्रेटद्वारे अनुलंब इंटरकनेक्ट असतात, ज्यामुळे चिप्स तीन आयामांमध्ये स्टॅक करता येतात. मायक्रो-कॉन्व्हेक्स पॉइंट्ससह एकत्रित, ते उच्च-घनतेच्या एकत्रीकरणासाठी योग्य स्टॅक केलेल्या कॉन्फिगरेशनमध्ये इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटॉनिक चिप्स दरम्यान विद्युत कनेक्शन साध्य करण्यास मदत करतात. ऑप्टिकल मध्यस्थ स्तर: ऑप्टिकल मध्यस्थ थर एक स्वतंत्र सब्सट्रेट आहे ज्यामध्ये ऑप्टिकल वेव्हगॉइड्स असतात जे चिप्स दरम्यान ऑप्टिकल सिग्नल राबविण्यासाठी मध्यस्थ म्हणून काम करतात. हे अचूक संरेखन आणि अतिरिक्त निष्क्रिय करण्यास अनुमती देतेऑप्टिकल घटकवाढीव कनेक्शन लवचिकतेसाठी समाकलित केले जाऊ शकते. हायब्रीड बॉन्डिंग: हे प्रगत बाँडिंग तंत्रज्ञान चिप्स आणि उच्च-गुणवत्तेच्या ऑप्टिकल इंटरफेस दरम्यान उच्च-घनतेचे विद्युत कनेक्शन साध्य करण्यासाठी थेट बाँडिंग आणि मायक्रो-बंप तंत्रज्ञानाची जोड देते. हे विशेषतः उच्च-कार्यक्षमता ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सहकार्यासाठी आशादायक आहे. सोल्डर बंप बाँडिंग: फ्लिप चिप बाँडिंग प्रमाणेच, सोल्डर बंप्स विद्युत कनेक्शन तयार करण्यासाठी वापरले जातात. तथापि, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकत्रीकरणाच्या संदर्भात, थर्मल तणावामुळे आणि ऑप्टिकल संरेखन टिकवून ठेवणार्‍या फोटॉनिक घटकांचे नुकसान टाळण्यासाठी विशेष लक्ष दिले जाणे आवश्यक आहे.

आकृती 1:: इलेक्ट्रॉन/फोटॉन चिप-टू-चिप बाँडिंग योजना

या दृष्टिकोनांचे फायदे महत्त्वपूर्ण आहेत: सीएमओएस जगाने मूरच्या कायद्यात सुधारणा सुरू ठेवत असल्याने, सीएमओएस किंवा द्वि-सीएमओच्या प्रत्येक पिढीला स्वस्त सिलिकॉन फोटॉनिक चिपवर त्वरीत रुपांतर करणे शक्य होईल, फोटॉनिक्स आणि इलेक्ट्रॉनिक्समधील सर्वोत्तम प्रक्रियेचे फायदे मिळतील. कारण फोटॉनिक्सला सामान्यत: अगदी लहान स्ट्रक्चर्सच्या बनावट (सुमारे 100 नॅनोमीटरचे महत्त्वाचे आकार वैशिष्ट्यपूर्ण असतात) आणि ट्रान्झिस्टरच्या तुलनेत डिव्हाइस मोठ्या प्रमाणात असतात म्हणून, आर्थिक विचारांमुळे फोटॉनिक उपकरणे स्वतंत्र प्रक्रियेमध्ये तयार करण्यासाठी ढकलतात, अंतिम उत्पादनासाठी आवश्यक असलेल्या कोणत्याही प्रगत इलेक्ट्रॉनिक्सपासून विभक्त आहेत.
फायदे:
1, लवचिकता: इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटॉनिक घटकांची उत्कृष्ट कार्यक्षमता साध्य करण्यासाठी भिन्न सामग्री आणि प्रक्रिया स्वतंत्रपणे वापरल्या जाऊ शकतात.
२, प्रक्रिया परिपक्वता: प्रत्येक घटकासाठी परिपक्व उत्पादन प्रक्रियेचा वापर उत्पादन सुलभ आणि खर्च कमी करू शकतो.
3, सुलभ अपग्रेड आणि देखभाल: घटकांचे पृथक्करण संपूर्ण सिस्टमवर परिणाम न करता वैयक्तिक घटकांना पुनर्स्थित करण्यास किंवा अधिक सहजपणे श्रेणीसुधारित करण्यास अनुमती देते.
आव्हानः
1, इंटरकनेक्शन लॉस: ऑफ-चिप कनेक्शनमध्ये अतिरिक्त सिग्नल तोटा होतो आणि जटिल संरेखन प्रक्रियेची आवश्यकता असू शकते.
2, वाढीव जटिलता आणि आकार: वैयक्तिक घटकांना अतिरिक्त पॅकेजिंग आणि इंटरकनेक्शन आवश्यक असतात, परिणामी मोठ्या आकारात आणि संभाव्य जास्त खर्च होतो.
3, उच्च उर्जा वापर: मोनोलिथिक एकत्रीकरणाच्या तुलनेत दीर्घ सिग्नल पथ आणि अतिरिक्त पॅकेजिंग उर्जा आवश्यकता वाढवू शकते.
निष्कर्ष:
मोनोलिथिक आणि मल्टी-सीएचआयपी एकत्रीकरण दरम्यान निवडणे अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकतांवर अवलंबून असते, ज्यात कामगिरीची उद्दीष्टे, आकार मर्यादा, खर्च विचार आणि तंत्रज्ञान परिपक्वता यांचा समावेश आहे. मॅन्युफॅक्चरिंग जटिलता असूनही, मोनोलिथिक एकत्रीकरण अनुप्रयोगांसाठी फायदेशीर आहे ज्यास अत्यंत लघुचित्रण, कमी उर्जा वापर आणि उच्च-स्पीड डेटा ट्रान्समिशन आवश्यक आहे. त्याऐवजी, मल्टी-चिप एकत्रीकरण अधिक डिझाइनची लवचिकता प्रदान करते आणि विद्यमान उत्पादन क्षमता वापरते, ज्यामुळे हे घटक कठोर एकत्रीकरणाच्या फायद्यांपेक्षा जास्त आहेत. जसजसे संशोधन प्रगती होत आहे तसतसे दोन्ही रणनीतींचे घटक एकत्र करणारे संकरित दृष्टिकोन देखील प्रत्येक दृष्टिकोनाशी संबंधित आव्हाने कमी करताना सिस्टमच्या कामगिरीला अनुकूलित करण्यासाठी शोधले जात आहेत.