ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक एकीकरण विधि

optoelectronicएकीकरण पद्धति

का एकीकरणफोटोनिक्सऔर इलेक्ट्रॉनिक्स सूचना प्रसंस्करण प्रणालियों की क्षमताओं में सुधार करने, तेजी से डेटा ट्रांसफर दरों, कम बिजली की खपत और अधिक कॉम्पैक्ट डिवाइस डिजाइन को सक्षम करने और सिस्टम डिजाइन के लिए विशाल नए अवसरों को खोलने में एक महत्वपूर्ण कदम है। एकीकरण विधियों को आम तौर पर दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: अखंड एकीकरण और मल्टी-चिप एकीकरण।

अखंड एकीकरण
मोनोलिथिक एकीकरण में एक ही सब्सट्रेट पर फोटोनिक और इलेक्ट्रॉनिक घटकों का निर्माण शामिल होता है, आमतौर पर संगत सामग्री और प्रक्रियाओं का उपयोग करते हुए। यह दृष्टिकोण एकल चिप के भीतर प्रकाश और बिजली के बीच एक सहज इंटरफ़ेस बनाने पर केंद्रित है।
लाभ:
1। इंटरकनेक्शन लॉस को कम करें: फोटॉन और इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नज़दीकी निकटता में रखना ऑफ-चिप कनेक्शन से जुड़े सिग्नल लॉस को कम करता है।
2, बेहतर प्रदर्शन: तंग एकीकरण से कम सिग्नल पथ और कम विलंबता के कारण तेजी से डेटा ट्रांसफर की गति हो सकती है।
3, छोटा आकार: मोनोलिथिक एकीकरण अत्यधिक कॉम्पैक्ट उपकरणों के लिए अनुमति देता है, जो विशेष रूप से अंतरिक्ष-सीमित अनुप्रयोगों, जैसे डेटा केंद्र या हैंडहेल्ड डिवाइस के लिए फायदेमंद है।
4, बिजली की खपत को कम करें: अलग-अलग पैकेजों और लंबी दूरी के इंटरकनेक्ट की आवश्यकता को समाप्त करें, जो बिजली की आवश्यकताओं को काफी कम कर सकते हैं।
चुनौती:
1) सामग्री संगतता: उच्च गुणवत्ता वाले इलेक्ट्रॉनों और फोटोनिक कार्यों का समर्थन करने वाली सामग्री ढूंढना चुनौतीपूर्ण हो सकता है क्योंकि उन्हें अक्सर अलग-अलग गुणों की आवश्यकता होती है।
2, प्रक्रिया संगतता: किसी भी एक घटक के प्रदर्शन को नीचा दिखाने के बिना एक ही सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रॉनिक्स और फोटॉन की विविध विनिर्माण प्रक्रियाओं को एकीकृत करना एक जटिल कार्य है।
4, जटिल विनिर्माण: इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनोनिक संरचनाओं के लिए आवश्यक उच्च परिशुद्धता विनिर्माण की जटिलता और लागत को बढ़ाती है।

बहु-चिप एकीकरण
यह दृष्टिकोण प्रत्येक फ़ंक्शन के लिए सामग्री और प्रक्रियाओं का चयन करने में अधिक लचीलापन की अनुमति देता है। इस एकीकरण में, इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक घटक विभिन्न प्रक्रियाओं से आते हैं और फिर एक साथ इकट्ठे होते हैं और एक सामान्य पैकेज या सब्सट्रेट (चित्रा 1) पर रखा जाता है। अब आइए ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक चिप्स के बीच बॉन्डिंग मोड को सूचीबद्ध करें। प्रत्यक्ष संबंध: इस तकनीक में दो प्लानर सतहों के प्रत्यक्ष भौतिक संपर्क और संबंध शामिल हैं, जो आमतौर पर आणविक बंधन बलों, गर्मी और दबाव द्वारा सुगम होते हैं। इसमें सादगी और संभावित रूप से बहुत कम हानि कनेक्शन का लाभ है, लेकिन इसके लिए सटीक रूप से संरेखित और स्वच्छ सतहों की आवश्यकता होती है। फाइबर/झंझरी युग्मन: इस योजना में, फाइबर या फाइबर सरणी को संरेखित किया जाता है और फोटोनिक चिप के किनारे या सतह से बंधा होता है, जिससे प्रकाश को चिप के अंदर और बाहर युग्मित किया जाता है। झंझरी का उपयोग ऊर्ध्वाधर युग्मन के लिए भी किया जा सकता है, फोटोनिक चिप और बाहरी फाइबर के बीच प्रकाश के संचरण की दक्षता में सुधार किया जा सकता है। थ्रू-सिलिकॉन छेद (टीएसवी) और माइक्रो-बम्प्स: थ्रू-सिलिकॉन छेद एक सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से ऊर्ध्वाधर इंटरकनेक्ट हैं, जिससे चिप्स को तीन आयामों में स्टैक किया जा सकता है। माइक्रो-उत्तल बिंदुओं के साथ संयुक्त, वे उच्च घनत्व एकीकरण के लिए उपयुक्त, स्टैक्ड कॉन्फ़िगरेशन में इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक चिप्स के बीच विद्युत कनेक्शन प्राप्त करने में मदद करते हैं। ऑप्टिकल मध्यस्थ परत: ऑप्टिकल मध्यस्थ परत एक अलग सब्सट्रेट है जिसमें ऑप्टिकल वेवगाइड होते हैं जो चिप्स के बीच ऑप्टिकल संकेतों को रूट करने के लिए एक मध्यस्थ के रूप में काम करते हैं। यह सटीक संरेखण, और अतिरिक्त निष्क्रिय के लिए अनुमति देता हैऑप्टिकल घटकबढ़े हुए कनेक्शन लचीलेपन के लिए एकीकृत किया जा सकता है। हाइब्रिड बॉन्डिंग: यह उन्नत बॉन्डिंग तकनीक चिप्स और उच्च गुणवत्ता वाले ऑप्टिकल इंटरफेस के बीच उच्च घनत्व वाले विद्युत कनेक्शन को प्राप्त करने के लिए प्रत्यक्ष संबंध और माइक्रो-बम्प तकनीक को जोड़ती है। यह विशेष रूप से उच्च-प्रदर्शन ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक सह-एकीकरण के लिए आशाजनक है। सोल्डर बम्प बॉन्डिंग: फ्लिप चिप बॉन्डिंग के समान, बिजली के कनेक्शन बनाने के लिए मिलाप धक्कों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक एकीकरण के संदर्भ में, थर्मल तनाव के कारण फोटोनिक घटकों को नुकसान से बचने और ऑप्टिकल संरेखण को बनाए रखने के लिए विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।

चित्रा 1 :: इलेक्ट्रॉन/फोटॉन चिप-टू-चिप बॉन्डिंग स्कीम

इन दृष्टिकोणों के लाभ महत्वपूर्ण हैं: चूंकि सीएमओएस दुनिया मूर के कानून में सुधार का पालन करना जारी रखती है, इसलिए एक सस्ते सिलिकॉन फोटोनिक चिप पर सीएमओ या द्वि-सीएमओ की प्रत्येक पीढ़ी को जल्दी से अनुकूलित करना संभव होगा, फोटोनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स में सर्वोत्तम प्रक्रियाओं के लाभों को प्राप्त करना। क्योंकि फोटोनिक्स को आम तौर पर बहुत छोटी संरचनाओं के निर्माण की आवश्यकता नहीं होती है (लगभग 100 नैनोमीटर के प्रमुख आकार विशिष्ट हैं) और उपकरण ट्रांजिस्टर की तुलना में बड़े होते हैं, आर्थिक विचार एक अलग प्रक्रिया में निर्मित होने के लिए फोटोनिक उपकरणों को धक्का देंगे, अंतिम उत्पाद के लिए आवश्यक किसी भी उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स से अलग।
लाभ:
1, लचीलापन: इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक घटकों के सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए विभिन्न सामग्रियों और प्रक्रियाओं का स्वतंत्र रूप से उपयोग किया जा सकता है।
2, प्रक्रिया परिपक्वता: प्रत्येक घटक के लिए परिपक्व विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग उत्पादन को सरल बना सकता है और लागत को कम कर सकता है।
3, आसान अपग्रेड और रखरखाव: घटकों के पृथक्करण से व्यक्तिगत घटकों को पूरे सिस्टम को प्रभावित किए बिना अधिक आसानी से प्रतिस्थापित या अपग्रेड करने की अनुमति मिलती है।
चुनौती:
1, इंटरकनेक्शन लॉस: ऑफ-चिप कनेक्शन अतिरिक्त सिग्नल लॉस का परिचय देता है और जटिल संरेखण प्रक्रियाओं की आवश्यकता हो सकती है।
2, बढ़ी हुई जटिलता और आकार: व्यक्तिगत घटकों को अतिरिक्त पैकेजिंग और इंटरकनेक्ट्स की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े आकार और संभावित रूप से उच्च लागत होती है।
3, उच्च शक्ति की खपत: लंबे समय तक सिग्नल पथ और अतिरिक्त पैकेजिंग अखंड एकीकरण की तुलना में बिजली की आवश्यकताओं को बढ़ा सकती है।
निष्कर्ष:
मोनोलिथिक और मल्टी-चिप एकीकरण के बीच चयन करना अनुप्रयोग-विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, जिसमें प्रदर्शन लक्ष्यों, आकार की कमी, लागत विचार और प्रौद्योगिकी परिपक्वता शामिल हैं। विनिर्माण जटिलता के बावजूद, मोनोलिथिक एकीकरण उन अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है, जिन्हें अत्यधिक लघुकरण, कम बिजली की खपत और उच्च गति वाले डेटा ट्रांसमिशन की आवश्यकता होती है। इसके बजाय, मल्टी-चिप एकीकरण अधिक से अधिक डिजाइन लचीलापन प्रदान करता है और मौजूदा विनिर्माण क्षमताओं का उपयोग करता है, जिससे यह उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो जाता है जहां ये कारक तंग एकीकरण के लाभों से आगे निकल जाते हैं। जैसे -जैसे अनुसंधान आगे बढ़ता है, हाइब्रिड दृष्टिकोण जो दोनों रणनीतियों के तत्वों को संयोजित करते हैं, उन्हें प्रत्येक दृष्टिकोण से जुड़ी चुनौतियों को कम करते हुए सिस्टम प्रदर्शन का अनुकूलन करने के लिए भी पता लगाया जा रहा है।