ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकत्रीकरण पद्धत

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिकएकत्रीकरण पद्धत

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

मोनोलिथिक एकत्रीकरण
मोनोलिथिक इंटिग्रेशनमध्ये एकाच सब्सट्रेटवर फोटोनिक आणि इलेक्ट्रॉनिक घटक तयार करणे समाविष्ट आहे, सहसा सुसंगत साहित्य आणि प्रक्रिया वापरून. हा दृष्टिकोन एकाच चिपमध्ये प्रकाश आणि वीज यांच्यात एक अखंड इंटरफेस तयार करण्यावर लक्ष केंद्रित करतो.
फायदे:
१. इंटरकनेक्शन लॉस कमी करा: फोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनिक घटक जवळ ठेवल्याने ऑफ-चिप कनेक्शनशी संबंधित सिग्नल लॉस कमी होतात.
२, सुधारित कामगिरी: कमी सिग्नल मार्गांमुळे आणि कमी विलंबतेमुळे घट्ट एकत्रीकरणामुळे डेटा ट्रान्सफर गती जलद होऊ शकते.
३, लहान आकार: मोनोलिथिक इंटिग्रेशनमुळे अत्यंत कॉम्पॅक्ट उपकरणांना परवानगी मिळते, जे विशेषतः मर्यादित जागा असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी फायदेशीर आहे, जसे की डेटा सेंटर्स किंवा हँडहेल्ड डिव्हाइसेस.
४, वीज वापर कमी करा: स्वतंत्र पॅकेजेस आणि लांब-अंतराच्या इंटरकनेक्टची गरज दूर करा, ज्यामुळे वीज आवश्यकता लक्षणीयरीत्या कमी होऊ शकतात.
आव्हान:
१) मटेरियल कंपॅटिबिलिटी: उच्च-गुणवत्तेचे इलेक्ट्रॉन आणि फोटोनिक फंक्शन्सना समर्थन देणारे मटेरियल शोधणे आव्हानात्मक असू शकते कारण त्यांना अनेकदा वेगवेगळ्या गुणधर्मांची आवश्यकता असते.
२, प्रक्रिया सुसंगतता: कोणत्याही एका घटकाची कार्यक्षमता कमी न करता एकाच सब्सट्रेटवर इलेक्ट्रॉनिक्स आणि फोटॉनच्या विविध उत्पादन प्रक्रिया एकत्रित करणे हे एक जटिल काम आहे.
४, जटिल उत्पादन: इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनॉनिक संरचनांसाठी आवश्यक असलेली उच्च अचूकता उत्पादनाची जटिलता आणि खर्च वाढवते.

मल्टी-चिप एकत्रीकरण
या दृष्टिकोनामुळे प्रत्येक कार्यासाठी साहित्य आणि प्रक्रिया निवडण्यात अधिक लवचिकता येते. या एकत्रीकरणात, इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक घटक वेगवेगळ्या प्रक्रियांमधून येतात आणि नंतर एकत्र केले जातात आणि एका सामान्य पॅकेज किंवा सब्सट्रेटवर ठेवले जातात (आकृती 1). आता ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिप्समधील बाँडिंग मोडची यादी करूया. डायरेक्ट बाँडिंग: या तंत्रात दोन प्लॅनर पृष्ठभागांचा थेट भौतिक संपर्क आणि बाँडिंग समाविष्ट आहे, जे सहसा आण्विक बाँडिंग फोर्स, उष्णता आणि दाब द्वारे सुलभ केले जाते. यात साधेपणा आणि संभाव्यतः खूप कमी नुकसान कनेक्शनचा फायदा आहे, परंतु त्यासाठी अचूकपणे संरेखित आणि स्वच्छ पृष्ठभाग आवश्यक आहेत. फायबर/ग्रेटिंग कपलिंग: या योजनेत, फायबर किंवा फायबर अॅरे फोटोनिक चिपच्या काठावर किंवा पृष्ठभागावर संरेखित आणि बंधनकारक केले जाते, ज्यामुळे प्रकाश चिपमध्ये आणि बाहेर जोडता येतो. फोटोनिक चिप आणि बाह्य फायबरमधील प्रकाशाच्या प्रसारणाची कार्यक्षमता सुधारून, उभ्या जोडणीसाठी देखील जाळीचा वापर केला जाऊ शकतो. थ्रू-सिलिकॉन होल (TSVs) आणि मायक्रो-बंप्स: थ्रू-सिलिकॉन होल हे सिलिकॉन सब्सट्रेटद्वारे उभ्या इंटरकनेक्ट असतात, ज्यामुळे चिप्स तीन आयामांमध्ये स्टॅक करता येतात. सूक्ष्म-उत्तल बिंदूंसह एकत्रित, ते स्टॅक केलेल्या कॉन्फिगरेशनमध्ये इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक चिप्स दरम्यान विद्युत कनेक्शन साध्य करण्यास मदत करतात, जे उच्च-घनतेच्या एकत्रीकरणासाठी योग्य आहेत. ऑप्टिकल मध्यस्थ स्तर: ऑप्टिकल मध्यस्थ स्तर हा एक वेगळा सब्सट्रेट आहे ज्यामध्ये ऑप्टिकल वेव्हगाइड असतात जे चिप्स दरम्यान ऑप्टिकल सिग्नल राउटिंगसाठी मध्यस्थ म्हणून काम करतात. हे अचूक संरेखन आणि अतिरिक्त निष्क्रियतेसाठी अनुमती देते.ऑप्टिकल घटकवाढत्या कनेक्शन लवचिकतेसाठी एकत्रित केले जाऊ शकते. हायब्रिड बाँडिंग: हे प्रगत बाँडिंग तंत्रज्ञान चिप्स आणि उच्च-गुणवत्तेच्या ऑप्टिकल इंटरफेस दरम्यान उच्च-घनता विद्युत कनेक्शन साध्य करण्यासाठी थेट बाँडिंग आणि मायक्रो-बंप तंत्रज्ञानाचे संयोजन करते. उच्च-कार्यक्षमता ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सह-एकात्मतेसाठी हे विशेषतः आशादायक आहे. सोल्डर बंप बाँडिंग: फ्लिप चिप बाँडिंग प्रमाणेच, इलेक्ट्रिकल कनेक्शन तयार करण्यासाठी सोल्डर बंप वापरले जातात. तथापि, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकत्रीकरणाच्या संदर्भात, थर्मल स्ट्रेसमुळे होणारे फोटोनिक घटकांचे नुकसान टाळण्यासाठी आणि ऑप्टिकल संरेखन राखण्यासाठी विशेष लक्ष दिले पाहिजे.

आकृती १: : इलेक्ट्रॉन/फोटॉन चिप-टू-चिप बाँडिंग योजना

या पद्धतींचे फायदे लक्षणीय आहेत: CMOS जग मूरच्या कायद्यातील सुधारणांचे अनुसरण करत असताना, CMOS किंवा Bi-CMOS च्या प्रत्येक पिढीला स्वस्त सिलिकॉन फोटोनिक चिपवर त्वरीत अनुकूल करणे शक्य होईल, ज्यामुळे फोटोनिक्स आणि इलेक्ट्रॉनिक्समधील सर्वोत्तम प्रक्रियांचे फायदे मिळतील. फोटोनिक्सला सामान्यतः खूप लहान संरचनांची निर्मिती आवश्यक नसते (सुमारे 100 नॅनोमीटरचे की आकार सामान्य असतात) आणि ट्रान्झिस्टरच्या तुलनेत उपकरणे मोठी असल्याने, आर्थिक विचारांमुळे फोटोनिक उपकरणे अंतिम उत्पादनासाठी आवश्यक असलेल्या कोणत्याही प्रगत इलेक्ट्रॉनिक्सपासून वेगळ्या प्रक्रियेत तयार करण्यास प्रवृत्त होतील.
फायदे:
१, लवचिकता: इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोनिक घटकांची सर्वोत्तम कामगिरी साध्य करण्यासाठी वेगवेगळे साहित्य आणि प्रक्रिया स्वतंत्रपणे वापरल्या जाऊ शकतात.
२, प्रक्रिया परिपक्वता: प्रत्येक घटकासाठी परिपक्व उत्पादन प्रक्रियांचा वापर उत्पादन सुलभ करू शकतो आणि खर्च कमी करू शकतो.
३, सुलभ अपग्रेड आणि देखभाल: घटकांचे पृथक्करण संपूर्ण सिस्टमवर परिणाम न करता वैयक्तिक घटकांना अधिक सहजपणे बदलता किंवा अपग्रेड करता येते.
आव्हान:
१, इंटरकनेक्शन लॉस: ऑफ-चिप कनेक्शनमुळे अतिरिक्त सिग्नल लॉस होतो आणि त्यासाठी जटिल संरेखन प्रक्रियांची आवश्यकता असू शकते.
२, वाढलेली जटिलता आणि आकार: वैयक्तिक घटकांना अतिरिक्त पॅकेजिंग आणि इंटरकनेक्शनची आवश्यकता असते, परिणामी मोठे आकार आणि संभाव्यतः जास्त खर्च येतो.
३, जास्त वीज वापर: मोनोलिथिक इंटिग्रेशनच्या तुलनेत लांब सिग्नल पथ आणि अतिरिक्त पॅकेजिंगमुळे वीज आवश्यकता वाढू शकतात.
निष्कर्ष:
मोनोलिथिक आणि मल्टी-चिप इंटिग्रेशनमधील निवड ही कामगिरीची उद्दिष्टे, आकार मर्यादा, खर्च विचार आणि तंत्रज्ञानाची परिपक्वता यासह अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकतांवर अवलंबून असते. उत्पादन जटिलता असूनही, अत्यंत लघुकरण, कमी वीज वापर आणि उच्च-गती डेटा ट्रान्समिशन आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी मोनोलिथिक इंटिग्रेशन फायदेशीर आहे. त्याऐवजी, मल्टी-चिप इंटिग्रेशन अधिक डिझाइन लवचिकता प्रदान करते आणि विद्यमान उत्पादन क्षमतांचा वापर करते, ज्यामुळे ते अशा अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनते जिथे हे घटक घट्ट इंटिग्रेशनच्या फायद्यांपेक्षा जास्त असतात. संशोधन जसजसे पुढे जात आहे, तसतसे दोन्ही धोरणांच्या घटकांना एकत्रित करणारे हायब्रिड दृष्टिकोन देखील प्रत्येक दृष्टिकोनाशी संबंधित आव्हाने कमी करताना सिस्टम कार्यप्रदर्शन ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी शोधले जात आहेत.