ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण विधि

optoelectronicएकीकरण विधि

का एकीकरणफोटोनिक्सऔर इलेक्ट्रॉनिक्स सूचना प्रसंस्करण प्रणालियों की क्षमताओं में सुधार करने, तेज़ डेटा स्थानांतरण दर, कम बिजली की खपत और अधिक कॉम्पैक्ट डिवाइस डिज़ाइन को सक्षम करने और सिस्टम डिज़ाइन के लिए बड़े नए अवसर खोलने में एक महत्वपूर्ण कदम है। एकीकरण विधियों को आम तौर पर दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: मोनोलिथिक एकीकरण और मल्टी-चिप एकीकरण।

अखंड एकीकरण
मोनोलिथिक एकीकरण में आमतौर पर संगत सामग्रियों और प्रक्रियाओं का उपयोग करके एक ही सब्सट्रेट पर फोटोनिक और इलेक्ट्रॉनिक घटकों का निर्माण शामिल होता है। यह दृष्टिकोण एक ही चिप के भीतर प्रकाश और बिजली के बीच एक सहज इंटरफ़ेस बनाने पर केंद्रित है।
लाभ:
1. इंटरकनेक्शन नुकसान को कम करें: फोटॉन और इलेक्ट्रॉनिक घटकों को पास में रखने से ऑफ-चिप कनेक्शन से जुड़े सिग्नल नुकसान कम हो जाते हैं।
2, बेहतर प्रदर्शन: कड़े एकीकरण से छोटे सिग्नल पथ और कम विलंबता के कारण तेज़ डेटा स्थानांतरण गति हो सकती है।
3, छोटा आकार: मोनोलिथिक एकीकरण अत्यधिक कॉम्पैक्ट उपकरणों की अनुमति देता है, जो विशेष रूप से अंतरिक्ष-सीमित अनुप्रयोगों, जैसे डेटा सेंटर या हैंडहेल्ड डिवाइस के लिए फायदेमंद है।
4, बिजली की खपत कम करें: अलग पैकेज और लंबी दूरी के इंटरकनेक्ट की आवश्यकता को समाप्त करें, जो बिजली की आवश्यकताओं को काफी कम कर सकता है।
चुनौती:
1) सामग्री अनुकूलता: उच्च गुणवत्ता वाले इलेक्ट्रॉनों और फोटोनिक कार्यों दोनों का समर्थन करने वाली सामग्री ढूंढना चुनौतीपूर्ण हो सकता है क्योंकि उन्हें अक्सर विभिन्न गुणों की आवश्यकता होती है।
2, प्रक्रिया अनुकूलता: किसी एक घटक के प्रदर्शन को कम किए 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।

मल्टी-चिप एकीकरण
यह दृष्टिकोण प्रत्येक फ़ंक्शन के लिए सामग्री और प्रक्रियाओं के चयन में अधिक लचीलेपन की अनुमति देता है। इस एकीकरण में, इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक घटक विभिन्न प्रक्रियाओं से आते हैं और फिर उन्हें एक साथ इकट्ठा किया जाता है और एक सामान्य पैकेज या सब्सट्रेट पर रखा जाता है (चित्र 1)। अब आइए ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिप्स के बीच बॉन्डिंग मोड को सूचीबद्ध करें। प्रत्यक्ष संबंध: इस तकनीक में दो तलीय सतहों का सीधा भौतिक संपर्क और बंधन शामिल होता है, जो आमतौर पर आणविक बंधन बलों, गर्मी और दबाव द्वारा सुगम होता है। इसमें सरलता और संभावित रूप से बहुत कम नुकसान वाले कनेक्शन का लाभ है, लेकिन इसके लिए सटीक रूप से संरेखित और साफ 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 जोड़ा जाता है, जिससे प्रकाश को चिप के अंदर और बाहर जोड़ा जा सकता है। झंझरी का उपयोग ऊर्ध्वाधर युग्मन के लिए भी किया जा सकता है, जिससे फोटोनिक चिप और बाहरी फाइबर के बीच प्रकाश के संचरण की दक्षता में सुधार होता है। थ्रू-सिलिकॉन होल (टीएसवी) और माइक्रो-बम्प्स: थ्रू-सिलिकॉन होल एक सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से ऊर्ध्वाधर इंटरकनेक्ट होते हैं, जिससे चिप्स को तीन आयामों में स्टैक करने की अनुमति मिलती है। सूक्ष्म-उत्तल बिंदुओं के साथ मिलकर, 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 मध्यस्थ के रूप में कार्य करते हैं। यह सटीक संरेखण और अतिरिक्त निष्क्रियता की 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 विद्युत कनेक्शन प्राप्त करने के लिए प्रत्यक्ष बॉन्डिंग और माइक्रो-बंप तकनीक को जोड़ती है। यह उच्च-प्रदर्शन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सह-एकीकरण के लिए विशेष रूप से आशाजनक है। सोल्डर बम्प बॉन्डिंग: फ्लिप चिप बॉन्डिंग के समान, सोल्डर बम्प का उपयोग विद्युत कनेक्शन बनाने के लिए किया जाता है। हालाँकि, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण के संदर्भ में, थर्मल तनाव के कारण फोटोनिक घटकों को होने वाले नुकसान से बचने और ऑप्टिकल संरेखण बनाए रखने पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।

चित्र 1: इलेक्ट्रॉन/फोटॉन चिप-टू-चिप बॉन्डिंग योजना

इन दृष्टिकोणों के लाभ महत्वपूर्ण हैं: चूंकि सीएमओएस दुनिया मूर के कानून में सुधारों का पालन करना जारी रखती है, इसलिए सीएमओएस या बीआई-सीएमओएस की प्रत्येक पीढ़ी को सस्ते सिलिकॉन फोटोनिक चिप पर जल्दी से अनुकूलित करना संभव होगा, जिससे सर्वोत्तम प्रक्रियाओं का लाभ मिलेगा। फोटोनिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स. क्योंकि फोटोनिक्स को आम तौर पर बहुत छोटी संरचनाओं के निर्माण की आवश्यकता नहीं होती है (लगभग 100 नैनोमीटर के मुख्य आकार विशिष्ट होते हैं) और उपकरण ट्रांजिस्टर की तुलना में बड़े होते हैं, आर्थिक विचार फोटोनिक उपकरणों को किसी भी उन्नत से अलग एक अलग प्रक्रिया में निर्मित करने के लिए प्रेरित करेंगे। अंतिम उत्पाद के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक्स।
लाभ:
1, लचीलापन: इलेक्ट्रॉनिक और फोटोनिक घटकों के सर्वोत्तम 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 उन्नयन और रखरखाव: घटकों को अलग करने से पूरे सिस्टम को प्रभावित किए बिना व्यक्तिगत घटकों को अधिक आसानी से प्रतिस्थापित या उन्नत किया जा सकता है।
चुनौती:
1, इंटरकनेक्शन हानि: ऑफ-चिप कनेक्शन अतिरिक्त सिग्नल हानि 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 इंटरकनेक्शन की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े आकार और संभावित रूप से उच्च लागत होती है।
3, उच्च बिजली की खपत: लंबे सिग्नल पथ और अतिरिक्त पैकेजिंग मोनोलिथिक एकीकरण की तुलना में बिजली की आवश्यकताओं को बढ़ा सकते हैं।
निष्कर्ष:
मोनोलिथिक और मल्टी-चिप एकीकरण के बीच चयन प्रदर्शन लक्ष्यों, आकार की बाधाओं, लागत पर विचार और प्रौद्योगिकी परिपक्वता सहित एप्लिकेशन-विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है। विनिर्माण जटिलता के बावजूद, मोनोलिथिक एकीकरण उन अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है जिनके लिए अत्यधिक लघुकरण, कम बिजली की खपत और उच्च गति डेटा ट्रांसमिशन की आवश्यकता होती है। इसके बजाय, मल्टी-चिप एकीकरण अधिक डिज़ाइन 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 सख्त एकीकरण के लाभों से अधिक हैं। जैसे-जैसे अनुसंधान आगे बढ़ रहा है, प्रत्येक दृष्टिकोण से जुड़ी चुनौतियों को कम करते हुए सिस्टम प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए दोनों रणनीतियों के तत्वों को संयोजित करने वाले हाइब्रिड दृष्टिकोणों का भी पता लगाया जा रहा है।