ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ഇന്റഗ്രേഷൻ രീതി

ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക്സംയോജന രീതി

സംയോജനംഫോട്ടോണിക്സ്വിവര സംസ്കരണ സംവിധാനങ്ങളുടെ കഴിവുകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലും, വേഗത്തിലുള്ള ഡാറ്റാ കൈമാറ്റ നിരക്കുകൾ പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിലും, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗവും കൂടുതൽ ഒതുക്കമുള്ള ഉപകരണ രൂപകൽപ്പനകളും പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിലും, സിസ്റ്റം രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് വലിയ പുതിയ അവസരങ്ങൾ തുറക്കുന്നതിലും ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഒരു പ്രധാന ഘട്ടമാണ്. സംയോജന രീതികളെ സാധാരണയായി രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: മോണോലിത്തിക്ക് സംയോജനം, മൾട്ടി-ചിപ്പ് സംയോജനം.

മോണോലിത്തിക്ക് സംയോജനം
മോണോലിത്തിക്ക് ഇന്റഗ്രേഷനിൽ ഫോട്ടോണിക്, ഇലക്ട്രോണിക് ഘടകങ്ങൾ ഒരേ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിർമ്മിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു, സാധാരണയായി അനുയോജ്യമായ വസ്തുക്കളും പ്രക്രിയകളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരൊറ്റ ചിപ്പിനുള്ളിൽ പ്രകാശത്തിനും വൈദ്യുതിക്കും ഇടയിൽ ഒരു തടസ്സമില്ലാത്ത ഇന്റർഫേസ് സൃഷ്ടിക്കുന്നതിലാണ് ഈ സമീപനം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്.
പ്രയോജനങ്ങൾ:
1. ഇന്റർകണക്ഷൻ നഷ്ടങ്ങൾ കുറയ്ക്കുക: ഫോട്ടോണുകളും ഇലക്ട്രോണിക് ഘടകങ്ങളും അടുത്തടുത്തായി സ്ഥാപിക്കുന്നത് ഓഫ്-ചിപ്പ് കണക്ഷനുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട സിഗ്നൽ നഷ്ടങ്ങൾ കുറയ്ക്കുന്നു.
2, മെച്ചപ്പെട്ട പ്രകടനം: സിഗ്നൽ പാതകൾ കുറവായതിനാലും ലേറ്റൻസി കുറയുന്നതിനാലും കൂടുതൽ ദൃഢമായ സംയോജനം വേഗത്തിലുള്ള ഡാറ്റാ കൈമാറ്റ വേഗതയിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.
3, ചെറിയ വലിപ്പം: മോണോലിത്തിക്ക് ഇന്റഗ്രേഷൻ വളരെ ഒതുക്കമുള്ള ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് ഡാറ്റാ സെന്ററുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഹാൻഡ്‌ഹെൽഡ് ഉപകരണങ്ങൾ പോലുള്ള സ്ഥലപരിമിതിയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് പ്രത്യേകിച്ചും പ്രയോജനകരമാണ്.
4, വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം കുറയ്ക്കുക: പ്രത്യേക പാക്കേജുകളുടെയും ദീർഘദൂര ഇന്റർകണക്റ്റുകളുടെയും ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുക, ഇത് വൈദ്യുതി ആവശ്യകതകളെ ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും.
വെല്ലുവിളി:
1) മെറ്റീരിയൽ അനുയോജ്യത: ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളെയും ഫോട്ടോണിക് പ്രവർത്തനങ്ങളെയും പിന്തുണയ്ക്കുന്ന വസ്തുക്കൾ കണ്ടെത്തുന്നത് വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്, കാരണം അവയ്ക്ക് പലപ്പോഴും വ്യത്യസ്ത ഗുണങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്.
2, പ്രോസസ് കോംപാറ്റിബിലിറ്റി: ഏതെങ്കിലും ഒരു ഘടകത്തിന്റെ പ്രകടനം കുറയ്ക്കാതെ ഒരേ അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഇലക്ട്രോണിക്സിന്റെയും ഫോട്ടോണുകളുടെയും വൈവിധ്യമാർന്ന നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ സംയോജിപ്പിക്കുക എന്നത് സങ്കീർണ്ണമായ ഒരു ജോലിയാണ്.
4, സങ്കീർണ്ണമായ നിർമ്മാണം: ഇലക്ട്രോണിക്, ഫോട്ടോണോണിക് ഘടനകൾക്ക് ആവശ്യമായ ഉയർന്ന കൃത്യത നിർമ്മാണത്തിന്റെ സങ്കീർണ്ണതയും ചെലവും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

മൾട്ടി-ചിപ്പ് സംയോജനം
ഓരോ ഫംഗ്ഷനുമുള്ള മെറ്റീരിയലുകളും പ്രക്രിയകളും തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിൽ കൂടുതൽ വഴക്കം ഈ സമീപനം അനുവദിക്കുന്നു. ഈ സംയോജനത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണിക്, ഫോട്ടോണിക് ഘടകങ്ങൾ വ്യത്യസ്ത പ്രക്രിയകളിൽ നിന്ന് വരുന്നു, തുടർന്ന് അവ ഒരുമിച്ച് കൂട്ടിച്ചേർക്കുകയും ഒരു പൊതു പാക്കേജിലോ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലോ സ്ഥാപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 1). ഇനി നമുക്ക് ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ചിപ്പുകൾക്കിടയിലുള്ള ബോണ്ടിംഗ് മോഡുകൾ പട്ടികപ്പെടുത്താം. നേരിട്ടുള്ള ബോണ്ടിംഗ്: ഈ സാങ്കേതികതയിൽ രണ്ട് പ്ലാനർ പ്രതലങ്ങളുടെ നേരിട്ടുള്ള ഭൗതിക സമ്പർക്കവും ബോണ്ടിംഗും ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് സാധാരണയായി തന്മാത്രാ ബോണ്ടിംഗ് ശക്തികൾ, ചൂട്, മർദ്ദം എന്നിവയാൽ സുഗമമാക്കുന്നു. ലാളിത്യത്തിന്റെയും വളരെ കുറഞ്ഞ നഷ്ട സാധ്യതയുള്ള കണക്ഷനുകളുടെയും ഗുണം ഇതിനുണ്ട്, പക്ഷേ കൃത്യമായി വിന്യസിച്ചതും വൃത്തിയുള്ളതുമായ പ്രതലങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്. ഫൈബർ/ഗ്രേറ്റിംഗ് കപ്ലിംഗ്: ഈ സ്കീമിൽ, ഫൈബർ അല്ലെങ്കിൽ ഫൈബർ അറേ ഫോട്ടോണിക് ചിപ്പിന്റെ അരികിലോ ഉപരിതലത്തിലോ വിന്യസിക്കുകയും ബന്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ചിപ്പിനുള്ളിലും പുറത്തും പ്രകാശം ബന്ധിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഫോട്ടോണിക് ചിപ്പിനും ബാഹ്യ ഫൈബറിനും ഇടയിലുള്ള പ്രകാശ പ്രക്ഷേപണത്തിന്റെ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, ലംബ കപ്ലിംഗിനും ഗ്രേറ്റിംഗ് ഉപയോഗിക്കാം. ത്രൂ-സിലിക്കൺ ദ്വാരങ്ങളും (TSV-കൾ) മൈക്രോ-ബമ്പുകളും: ത്രൂ-സിലിക്കൺ ദ്വാരങ്ങൾ ഒരു സിലിക്കൺ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലൂടെയുള്ള ലംബമായ ഇന്റർകണക്റ്റുകളാണ്, ഇത് ചിപ്പുകൾ മൂന്ന് മാനങ്ങളിൽ അടുക്കി വയ്ക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. മൈക്രോ-കോൺവെക്സ് പോയിന്റുകളുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, ഉയർന്ന സാന്ദ്രത സംയോജനത്തിന് അനുയോജ്യമായ, സ്റ്റാക്ക് ചെയ്ത കോൺഫിഗറേഷനുകളിൽ ഇലക്ട്രോണിക്, ഫോട്ടോണിക് ചിപ്പുകൾക്കിടയിൽ വൈദ്യുത കണക്ഷനുകൾ നേടാൻ അവ സഹായിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റർമീഡിയറി പാളി: ചിപ്പുകൾക്കിടയിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലുകൾ റൂട്ട് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഒരു ഇടനിലക്കാരനായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ്ഗൈഡുകൾ അടങ്ങിയ ഒരു പ്രത്യേക സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റാണ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റർമീഡിയറി പാളി. ഇത് കൃത്യമായ വിന്യാസത്തിനും അധിക നിഷ്ക്രിയത്വത്തിനും അനുവദിക്കുന്നു.ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങൾകണക്ഷൻ വഴക്കം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനായി സംയോജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഹൈബ്രിഡ് ബോണ്ടിംഗ്: ചിപ്പുകൾക്കും ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റർഫേസുകൾക്കുമിടയിൽ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള വൈദ്യുത കണക്ഷനുകൾ നേടുന്നതിന് ഈ നൂതന ബോണ്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ നേരിട്ടുള്ള ബോണ്ടിംഗും മൈക്രോ-ബമ്പ് സാങ്കേതികവിദ്യയും സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് കോ-ഇന്റഗ്രേഷന് ഇത് പ്രത്യേകിച്ചും വാഗ്ദാനമാണ്. സോൾഡർ ബമ്പ് ബോണ്ടിംഗ്: ഫ്ലിപ്പ് ചിപ്പ് ബോണ്ടിംഗിന് സമാനമായി, ഇലക്ട്രിക്കൽ കണക്ഷനുകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ സോൾഡർ ബമ്പുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഇന്റഗ്രേഷന്റെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ, താപ സമ്മർദ്ദം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഫോട്ടോണിക് ഘടകങ്ങൾക്ക് കേടുപാടുകൾ ഒഴിവാക്കുന്നതിനും ഒപ്റ്റിക്കൽ അലൈൻമെന്റ് നിലനിർത്തുന്നതിനും പ്രത്യേക ശ്രദ്ധ നൽകണം.

ചിത്രം 1: : ഇലക്ട്രോൺ/ഫോട്ടോൺ ചിപ്പ്-ടു-ചിപ്പ് ബോണ്ടിംഗ് സ്കീം

ഈ സമീപനങ്ങളുടെ പ്രയോജനങ്ങൾ പ്രധാനമാണ്: മൂറിന്റെ നിയമത്തിലെ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ CMOS ലോകം പിന്തുടരുന്നത് തുടരുന്നതിനാൽ, ഫോട്ടോണിക്‌സിലെയും ഇലക്ട്രോണിക്‌സിലെയും മികച്ച പ്രക്രിയകളുടെ നേട്ടങ്ങൾ കൊയ്യുന്നതിലൂടെ CMOS അല്ലെങ്കിൽ Bi-CMOS ന്റെ ഓരോ തലമുറയെയും വിലകുറഞ്ഞ സിലിക്കൺ ഫോട്ടോണിക് ചിപ്പിലേക്ക് വേഗത്തിൽ പൊരുത്തപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. ഫോട്ടോണിക്‌സിന് സാധാരണയായി വളരെ ചെറിയ ഘടനകളുടെ നിർമ്മാണം ആവശ്യമില്ലാത്തതിനാലും (ഏകദേശം 100 നാനോമീറ്ററുകളുടെ പ്രധാന വലുപ്പങ്ങൾ സാധാരണമാണ്) ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഉപകരണങ്ങൾ വലുതായതിനാലും, സാമ്പത്തിക പരിഗണനകൾ അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിന് ആവശ്യമായ ഏതെങ്കിലും നൂതന ഇലക്ട്രോണിക്‌സിൽ നിന്ന് വേറിട്ട് ഒരു പ്രത്യേക പ്രക്രിയയിൽ ഫോട്ടോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ പ്രേരിപ്പിക്കും.
പ്രയോജനങ്ങൾ:
1, വഴക്കം: ഇലക്ട്രോണിക്, ഫോട്ടോണിക് ഘടകങ്ങളുടെ മികച്ച പ്രകടനം കൈവരിക്കുന്നതിന് വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കളും പ്രക്രിയകളും സ്വതന്ത്രമായി ഉപയോഗിക്കാം.
2, പ്രക്രിയാ പക്വത: ഓരോ ഘടകത്തിനും പക്വമായ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഉൽപ്പാദനം ലളിതമാക്കുകയും ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യും.
3, എളുപ്പത്തിലുള്ള നവീകരണവും പരിപാലനവും: ഘടകങ്ങളുടെ വേർതിരിവ് മുഴുവൻ സിസ്റ്റത്തെയും ബാധിക്കാതെ വ്യക്തിഗത ഘടകങ്ങൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാനോ നവീകരിക്കാനോ അനുവദിക്കുന്നു.
വെല്ലുവിളി:
1, ഇന്റർകണക്ഷൻ നഷ്ടം: ഓഫ്-ചിപ്പ് കണക്ഷൻ അധിക സിഗ്നൽ നഷ്ടം വരുത്തുന്നു, കൂടാതെ സങ്കീർണ്ണമായ അലൈൻമെന്റ് നടപടിക്രമങ്ങൾ ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം.
2, വർദ്ധിച്ച സങ്കീർണ്ണതയും വലുപ്പവും: വ്യക്തിഗത ഘടകങ്ങൾക്ക് അധിക പാക്കേജിംഗും പരസ്പര ബന്ധങ്ങളും ആവശ്യമാണ്, ഇത് വലിയ വലുപ്പങ്ങൾക്കും ഉയർന്ന ചെലവുകൾക്കും കാരണമാകുന്നു.
3, ഉയർന്ന വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം: മോണോലിത്തിക് ഇന്റഗ്രേഷനുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ദൈർഘ്യമേറിയ സിഗ്നൽ പാതകളും അധിക പാക്കേജിംഗും വൈദ്യുതി ആവശ്യകതകൾ വർദ്ധിപ്പിച്ചേക്കാം.
തീരുമാനം:
മോണോലിത്തിക്ക്, മൾട്ടി-ചിപ്പ് സംയോജനം എന്നിവയ്ക്കിടയിൽ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് പ്രകടന ലക്ഷ്യങ്ങൾ, വലുപ്പ പരിമിതികൾ, ചെലവ് പരിഗണനകൾ, സാങ്കേതികവിദ്യാ പക്വത എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷൻ-നിർദ്ദിഷ്ട ആവശ്യകതകളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. നിർമ്മാണ സങ്കീർണ്ണത ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, അങ്ങേയറ്റത്തെ മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം, അതിവേഗ ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്മിഷൻ എന്നിവ ആവശ്യമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് മോണോലിത്തിക്ക് സംയോജനം ഗുണകരമാണ്. പകരം, മൾട്ടി-ചിപ്പ് സംയോജനം കൂടുതൽ ഡിസൈൻ വഴക്കം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുകയും നിലവിലുള്ള നിർമ്മാണ ശേഷികൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് കർശനമായ സംയോജനത്തിന്റെ നേട്ടങ്ങളെക്കാൾ ഈ ഘടകങ്ങൾ കൂടുതലുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. ഗവേഷണം പുരോഗമിക്കുമ്പോൾ, ഓരോ സമീപനവുമായും ബന്ധപ്പെട്ട വെല്ലുവിളികൾ ലഘൂകരിക്കുന്നതിനൊപ്പം സിസ്റ്റം പ്രകടനം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനായി രണ്ട് തന്ത്രങ്ങളുടെയും ഘടകങ്ങൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഹൈബ്രിഡ് സമീപനങ്ങളും പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.