ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकत्रीकरण पद्धत

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिकएकत्रीकरण पद्धत

चे एकत्रीकरणफोटोनिक्सआणि इलेक्ट्रॉनिक्स हे माहिती प्रक्रिया प्रणालीच्या क्षमता सुधारण्यासाठी, जलद डेटा हस्तांतरण दर सक्षम करण्यासाठी, कमी उर्जा वापर आणि अधिक कॉम्पॅक्ट डिव्हाइस डिझाइन आणि सिस्टम डिझाइनसाठी मोठ्या नवीन संधी उघडण्यासाठी एक महत्त्वाचे पाऊल आहे. एकत्रीकरण पद्धती सामान्यतः दोन श्रेणींमध्ये विभागल्या जातात: मोनोलिथिक एकीकरण आणि मल्टी-चिप एकत्रीकरण.

मोनोलिथिक एकीकरण
मोनोलिथिक इंटिग्रेशनमध्ये समान सब्सट्रेटवर फोटोनिक आणि इलेक्ट्रॉनिक घटक तयार करणे समाविष्ट असते, सहसा सुसंगत साहित्य आणि प्रक्रिया वापरून. हा दृष्टीकोन एकाच चिपमध्ये प्रकाश आणि वीज दरम्यान एक अखंड इंटरफेस तयार करण्यावर लक्ष केंद्रित करतो.
फायदे:
1. इंटरकनेक्शन नुकसान कमी करा: फोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनिक घटक जवळ ठेवल्याने ऑफ-चिप कनेक्शनशी संबंधित सिग्नलचे नुकसान कमी होते.
2, सुधारित कार्यप्रदर्शन: घट्ट एकीकरणामुळे लहान सिग्नल मार्ग आणि कमी विलंबामुळे डेटा ट्रान्सफरचा वेग वाढू शकतो.
3, लहान आकार: मोनोलिथिक इंटिग्रेशन अत्यंत कॉम्पॅक्ट उपकरणांना परवानगी देते, जे विशेषतः डेटा सेंटर्स किंवा हँडहेल्ड उपकरणांसारख्या स्पेस-मर्यादित अनुप्रयोगांसाठी फायदेशीर आहे.
4, वीज वापर कमी करा: स्वतंत्र पॅकेजेस आणि लांब-अंतराच्या इंटरकनेक्टची आवश्यकता दूर करा, ज्यामुळे वीज आवश्यकता लक्षणीयरीत्या कमी होऊ शकते.
आव्हान:
1) सामग्रीची सुसंगतता: उच्च-गुणवत्तेच्या इलेक्ट्रॉन आणि फोटोनिक कार्यांना समर्थन देणारी सामग्री शोधणे आव्हानात्मक असू शकते कारण त्यांना अनेकदा भिन्न गुणधर्मांची आवश्यकता असते.
2, प्रक्रिया सुसंगतता: एकाच सब्सट्रेटवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि फोटॉनच्या विविध उत्पादन प्रक्रियांचे एकत्रीकरण करणे हे कोणत्याही एका घटकाची कार्यक्षमता कमी न करता एक जटिल कार्य आहे.
4, कॉम्प्लेक्स मॅन्युफॅक्चरिंग: इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनॉनिक स्ट्रक्चर्ससाठी आवश्यक उच्च सुस्पष्टता उत्पादनाची जटिलता आणि खर्च वाढवते.

मल्टी-चिप एकत्रीकरण
हा दृष्टीकोन प्रत्येक कार्यासाठी सामग्री आणि प्रक्रिया निवडण्यात अधिक लवचिकतेसाठी परवानगी देतो. या समाकलनामध्ये, इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक घटक वेगवेगळ्या प्रक्रियांमधून येतात आणि नंतर एकत्रित केले जातात आणि सामान्य पॅकेज किंवा सब्सट्रेटवर ठेवले जातात (आकृती 1). आता ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिप्समधील बाँडिंग मोड्सची यादी करू. डायरेक्ट बाँडिंग: या तंत्रात दोन प्लॅनर पृष्ठभागांचा थेट शारीरिक संपर्क आणि बाँडिंग समाविष्ट आहे, सामान्यत: आण्विक बाँडिंग फोर्स, उष्णता आणि दाब यांच्याद्वारे सुलभ होते. यात साधेपणाचा फायदा आहे आणि संभाव्यतः खूप कमी नुकसान कनेक्शन आहे, परंतु अचूकपणे संरेखित आणि स्वच्छ पृष्ठभाग आवश्यक आहेत. फायबर/ग्रेटिंग कपलिंग: या स्कीममध्ये, फायबर किंवा फायबर ॲरे फोटोनिक चिपच्या काठावर किंवा पृष्ठभागाशी संरेखित आणि जोडलेले आहेत, ज्यामुळे प्रकाश चिपमध्ये आणि बाहेर जोडला जाऊ शकतो. फोटोनिक चिप आणि बाह्य फायबर दरम्यान प्रकाशाच्या प्रसारणाची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, अनुलंब जोडणीसाठी देखील जाळी वापरली जाऊ शकते. थ्रू-सिलिकॉन होल (टीएसव्ही) आणि मायक्रो-बंप: थ्रू-सिलिकॉन होल हे सिलिकॉन सब्सट्रेटद्वारे उभ्या एकमेकांशी जोडलेले असतात, ज्यामुळे चिप्स तीन आयामांमध्ये स्टॅक केले जाऊ शकतात. मायक्रो-कन्व्हेक्स पॉइंट्ससह एकत्रित, ते स्टॅक केलेल्या कॉन्फिगरेशनमध्ये इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक चिप्समधील विद्युत कनेक्शन प्राप्त करण्यास मदत करतात, उच्च-घनता एकीकरणासाठी योग्य. ऑप्टिकल इंटरमीडियरी लेयर: ऑप्टिकल इंटरमीडियरी लेयर हा एक वेगळा सब्सट्रेट आहे ज्यामध्ये ऑप्टिकल वेव्हगाइड्स असतात जे चिप्स दरम्यान ऑप्टिकल सिग्नल रूट करण्यासाठी मध्यस्थ म्हणून काम करतात. हे अचूक संरेखन आणि अतिरिक्त निष्क्रियतेसाठी अनुमती देतेऑप्टिकल घटकवाढीव कनेक्शन लवचिकतेसाठी एकत्रित केले जाऊ शकते. हायब्रीड बाँडिंग: हे प्रगत बाँडिंग तंत्रज्ञान चिप्स आणि उच्च-गुणवत्तेच्या ऑप्टिकल इंटरफेसमध्ये उच्च-घनतेचे विद्युत कनेक्शन प्राप्त करण्यासाठी थेट बाँडिंग आणि मायक्रो-बंप तंत्रज्ञान एकत्र करते. हे विशेषतः उच्च-कार्यक्षमता ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सह-एकीकरणासाठी आशादायक आहे. सोल्डर बंप बाँडिंग: फ्लिप चिप बाँडिंग प्रमाणेच, सोल्डर बंपचा वापर इलेक्ट्रिकल कनेक्शन तयार करण्यासाठी केला जातो. तथापि, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकत्रीकरणाच्या संदर्भात, थर्मल तणावामुळे फोटोनिक घटकांचे नुकसान टाळण्यासाठी आणि ऑप्टिकल संरेखन राखण्यासाठी विशेष लक्ष दिले पाहिजे.

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

या पद्धतींचे फायदे महत्त्वपूर्ण आहेत: CMOS जगाने मूरच्या कायद्यातील सुधारणांचे अनुसरण करणे सुरू ठेवल्यामुळे, CMOS किंवा Bi-CMOS च्या प्रत्येक पिढीला स्वस्त सिलिकॉन फोटोनिक चिपवर त्वरीत रुपांतरित करणे शक्य होईल, आणि सर्वोत्तम प्रक्रियांचे फायदे मिळवून फोटोनिक्स आणि इलेक्ट्रॉनिक्स. फोटोनिक्सला सामान्यत: अगदी लहान संरचना (की आकारमान 100 नॅनोमीटर वैशिष्ट्यपूर्ण) तयार करण्याची आवश्यकता नसल्यामुळे आणि ट्रान्झिस्टरच्या तुलनेत उपकरणे मोठी असतात, आर्थिक विचारांमुळे फोटोनिक उपकरणे वेगळ्या प्रक्रियेत तयार केली जातील, कोणत्याही प्रगत उपकरणांपासून वेगळे केले जातील. अंतिम उत्पादनासाठी आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक्स.
फायदे:
1, लवचिकता: इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक घटकांची उत्कृष्ट कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी भिन्न सामग्री आणि प्रक्रिया स्वतंत्रपणे वापरल्या जाऊ शकतात.
2, प्रक्रिया परिपक्वता: प्रत्येक घटकासाठी परिपक्व उत्पादन प्रक्रियेचा वापर उत्पादन सुलभ करू शकतो आणि खर्च कमी करू शकतो.
3, सुलभ अपग्रेड आणि देखभाल: घटकांचे पृथक्करण संपूर्ण सिस्टमला प्रभावित न करता वैयक्तिक घटकांना अधिक सहजपणे बदलण्याची किंवा अपग्रेड करण्याची परवानगी देते.
आव्हान:
1, इंटरकनेक्शन लॉस: ऑफ-चिप कनेक्शन अतिरिक्त सिग्नल लॉस सादर करते आणि जटिल संरेखन प्रक्रियेची आवश्यकता असू शकते.
2, वाढलेली जटिलता आणि आकार: वैयक्तिक घटकांना अतिरिक्त पॅकेजिंग आणि इंटरकनेक्शनची आवश्यकता असते, परिणामी मोठे आकार आणि संभाव्यत: जास्त खर्च येतो.
3, उच्च उर्जा वापर: लांब सिग्नल पथ आणि अतिरिक्त पॅकेजिंग मोनोलिथिक एकत्रीकरणाच्या तुलनेत उर्जा आवश्यकता वाढवू शकतात.
निष्कर्ष:
मोनोलिथिक आणि मल्टी-चिप इंटिग्रेशन दरम्यान निवड करणे हे कार्यप्रदर्शन लक्ष्य, आकार मर्यादा, खर्च विचार आणि तंत्रज्ञान परिपक्वता यासह अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकतांवर अवलंबून असते. मॅन्युफॅक्चरिंग क्लिष्टता असूनही, अखंड सूक्ष्मीकरण, कमी उर्जा वापर आणि हाय-स्पीड डेटा ट्रान्समिशन आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी मोनोलिथिक एकत्रीकरण फायदेशीर आहे. त्याऐवजी, मल्टी-चिप एकत्रीकरण अधिक डिझाइन लवचिकता प्रदान करते आणि विद्यमान उत्पादन क्षमता वापरते, ज्यामुळे हे घटक अधिक घट्ट एकत्रीकरणाच्या फायद्यांपेक्षा जास्त असतात अशा अनुप्रयोगांसाठी ते योग्य बनवते. संशोधन जसजसे पुढे जात आहे तसतसे, दोन्ही रणनीतींचे घटक एकत्रित करणारे संकरित पध्दती देखील प्रत्येक पध्दतीशी संबंधित आव्हाने कमी करताना सिस्टम कार्यप्रदर्शन ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी शोधले जात आहेत.