ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేషన్ పద్ధతి

ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ఏకీకరణ పద్ధతి

యొక్క ఏకీకరణఫోటోనిక్స్మరియు సమాచార ప్రాసెసింగ్ వ్యవస్థల సామర్థ్యాలను మెరుగుపరచడంలో, వేగవంతమైన డేటా బదిలీ రేట్లు, తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం మరియు మరింత కాంపాక్ట్ పరికర రూపకల్పనలను ప్రారంభించడంలో మరియు సిస్టమ్ రూపకల్పనకు భారీ కొత్త అవకాశాలను తెరవడంలో ఎలక్ట్రానిక్స్ ఒక కీలక దశ. ఇంటిగ్రేషన్ పద్ధతులను సాధారణంగా రెండు వర్గాలుగా విభజించారు: మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్ మరియు మల్టీ-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్.

ఏకశిలా ఏకీకరణ
మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్ అంటే ఒకే ఉపరితలంపై ఫోటోనిక్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను తయారు చేయడం, సాధారణంగా అనుకూలమైన పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియలను ఉపయోగించడం. ఈ విధానం ఒకే చిప్‌లో కాంతి మరియు విద్యుత్ మధ్య అతుకులు లేని ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సృష్టించడంపై దృష్టి పెడుతుంది.
ప్రయోజనాలు:
1. ఇంటర్ కనెక్షన్ నష్టాలను తగ్గించండి: ఫోటాన్లు మరియు ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను దగ్గరగా ఉంచడం వలన ఆఫ్-చిప్ కనెక్షన్లతో సంబంధం ఉన్న సిగ్నల్ నష్టాలను తగ్గిస్తుంది.
2, మెరుగైన పనితీరు: తక్కువ సిగ్నల్ మార్గాలు మరియు తగ్గిన జాప్యం కారణంగా గట్టి ఏకీకరణ వేగవంతమైన డేటా బదిలీ వేగానికి దారితీస్తుంది.
3, చిన్న పరిమాణం: మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్ అత్యంత కాంపాక్ట్ పరికరాలను అనుమతిస్తుంది, ఇది డేటా సెంటర్లు లేదా హ్యాండ్‌హెల్డ్ పరికరాలు వంటి స్థల-పరిమిత అప్లికేషన్‌లకు ప్రత్యేకించి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.
4, విద్యుత్ వినియోగాన్ని తగ్గించడం: ప్రత్యేక ప్యాకేజీలు మరియు సుదూర ఇంటర్‌కనెక్ట్‌ల అవసరాన్ని తొలగించడం, ఇది విద్యుత్ అవసరాలను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.
సవాలు:
1) పదార్థ అనుకూలత: అధిక-నాణ్యత ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ఫోటోనిక్ ఫంక్షన్లు రెండింటికీ మద్దతు ఇచ్చే పదార్థాలను కనుగొనడం సవాలుగా ఉంటుంది ఎందుకంటే వాటికి తరచుగా వేర్వేరు లక్షణాలు అవసరం.
2, ప్రక్రియ అనుకూలత: ఏదైనా ఒక భాగం యొక్క పనితీరును దిగజార్చకుండా ఒకే ఉపరితలంపై ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఫోటాన్ల యొక్క విభిన్న తయారీ ప్రక్రియలను సమగ్రపరచడం సంక్లిష్టమైన పని.
4, సంక్లిష్ట తయారీ: ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనోనిక్ నిర్మాణాలకు అవసరమైన అధిక ఖచ్చితత్వం తయారీ సంక్లిష్టత మరియు వ్యయాన్ని పెంచుతుంది.

మల్టీ-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్
ఈ విధానం ప్రతి ఫంక్షన్ కోసం పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియలను ఎంచుకోవడంలో ఎక్కువ సౌలభ్యాన్ని అనుమతిస్తుంది. ఈ ఏకీకరణలో, ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ భాగాలు వేర్వేరు ప్రక్రియల నుండి వస్తాయి మరియు తరువాత వాటిని కలిపి ఒక సాధారణ ప్యాకేజీ లేదా ఉపరితలంపై ఉంచుతారు (మూర్తి 1). ఇప్పుడు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ చిప్‌ల మధ్య బంధన మోడ్‌లను జాబితా చేద్దాం. ప్రత్యక్ష బంధం: ఈ సాంకేతికత రెండు ప్లానర్ ఉపరితలాల యొక్క ప్రత్యక్ష భౌతిక సంబంధం మరియు బంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది, సాధారణంగా పరమాణు బంధన శక్తులు, వేడి మరియు పీడనం ద్వారా సులభతరం చేయబడుతుంది. దీనికి సరళత మరియు సంభావ్యంగా చాలా తక్కువ నష్ట కనెక్షన్ల ప్రయోజనం ఉంది, కానీ ఖచ్చితంగా సమలేఖనం చేయబడిన మరియు శుభ్రమైన ఉపరితలాలు అవసరం. ఫైబర్/గ్రేటింగ్ కలపడం: ఈ పథకంలో, ఫైబర్ లేదా ఫైబర్ శ్రేణి ఫోటోనిక్ చిప్ యొక్క అంచు లేదా ఉపరితలంతో సమలేఖనం చేయబడి బంధించబడుతుంది, ఇది చిప్ లోపల మరియు వెలుపల కాంతిని జత చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. గ్రేటింగ్‌ను నిలువు కలపడం కోసం కూడా ఉపయోగించవచ్చు, ఫోటోనిక్ చిప్ మరియు బాహ్య ఫైబర్ మధ్య కాంతి ప్రసారం యొక్క సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. త్రూ-సిలికాన్ రంధ్రాలు (TSVలు) మరియు మైక్రో-బంప్‌లు: త్రూ-సిలికాన్ రంధ్రాలు సిలికాన్ ఉపరితలం ద్వారా నిలువు ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లు, చిప్‌లను మూడు కోణాలలో పేర్చడానికి అనుమతిస్తుంది. సూక్ష్మ-కుంభాకార బిందువులతో కలిపి, అవి అధిక-సాంద్రత ఏకీకరణకు అనువైన, పేర్చబడిన కాన్ఫిగరేషన్‌లలో ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ చిప్‌ల మధ్య విద్యుత్ కనెక్షన్‌లను సాధించడంలో సహాయపడతాయి. ఆప్టికల్ ఇంటర్మీడియరీ పొర: ఆప్టికల్ ఇంటర్మీడియరీ పొర అనేది ఆప్టికల్ వేవ్‌గైడ్‌లను కలిగి ఉన్న ఒక ప్రత్యేక ఉపరితలం, ఇది చిప్‌ల మధ్య ఆప్టికల్ సిగ్నల్‌లను రూట్ చేయడానికి మధ్యవర్తిగా పనిచేస్తుంది. ఇది ఖచ్చితమైన అమరిక మరియు అదనపు నిష్క్రియాత్మకతను అనుమతిస్తుంది.ఆప్టికల్ భాగాలుపెరిగిన కనెక్షన్ వశ్యత కోసం ఇంటిగ్రేట్ చేయవచ్చు. హైబ్రిడ్ బాండింగ్: ఈ అధునాతన బాండింగ్ టెక్నాలజీ ప్రత్యక్ష బాండింగ్ మరియు మైక్రో-బంప్ టెక్నాలజీని మిళితం చేసి చిప్స్ మరియు అధిక-నాణ్యత ఆప్టికల్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ల మధ్య అధిక-సాంద్రత విద్యుత్ కనెక్షన్‌లను సాధిస్తుంది. ఇది అధిక-పనితీరు గల ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ కో-ఇంటిగ్రేషన్‌కు ప్రత్యేకంగా ఆశాజనకంగా ఉంది. సోల్డర్ బంప్ బాండింగ్: ఫ్లిప్ చిప్ బాండింగ్ మాదిరిగానే, ఎలక్ట్రికల్ కనెక్షన్‌లను సృష్టించడానికి సోల్డర్ బంప్‌లను ఉపయోగిస్తారు. అయితే, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేషన్ సందర్భంలో, థర్మల్ ఒత్తిడి వల్ల కలిగే ఫోటోనిక్ భాగాలకు నష్టాన్ని నివారించడానికి మరియు ఆప్టికల్ అలైన్‌మెంట్‌ను నిర్వహించడానికి ప్రత్యేక శ్రద్ధ ఉండాలి.

చిత్రం 1: : ఎలక్ట్రాన్/ఫోటాన్ చిప్-టు-చిప్ బాండింగ్ పథకం

ఈ విధానాల ప్రయోజనాలు ముఖ్యమైనవి: CMOS ప్రపంచం మూర్ చట్టంలోని మెరుగుదలలను అనుసరిస్తూనే ఉన్నందున, ప్రతి తరం CMOS లేదా Bi-CMOSను చౌకైన సిలికాన్ ఫోటోనిక్ చిప్‌పై త్వరగా స్వీకరించడం సాధ్యమవుతుంది, ఫోటోనిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో ఉత్తమ ప్రక్రియల ప్రయోజనాలను పొందవచ్చు. ఫోటోనిక్స్‌కు సాధారణంగా చాలా చిన్న నిర్మాణాల తయారీ అవసరం లేదు (సుమారు 100 నానోమీటర్ల కీలక పరిమాణాలు విలక్షణమైనవి) మరియు పరికరాలు ట్రాన్సిస్టర్‌లతో పోలిస్తే పెద్దవిగా ఉంటాయి కాబట్టి, ఆర్థిక పరిగణనలు ఫోటోనిక్ పరికరాలను తుది ఉత్పత్తికి అవసరమైన ఏదైనా అధునాతన ఎలక్ట్రానిక్స్ నుండి వేరు చేసి ప్రత్యేక ప్రక్రియలో తయారు చేయవలసి వస్తుంది.
ప్రయోజనాలు:
1, వశ్యత: ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ భాగాల యొక్క ఉత్తమ పనితీరును సాధించడానికి వివిధ పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియలను స్వతంత్రంగా ఉపయోగించవచ్చు.
2, ప్రక్రియ పరిపక్వత: ప్రతి భాగానికి పరిణతి చెందిన తయారీ ప్రక్రియలను ఉపయోగించడం వలన ఉత్పత్తిని సులభతరం చేయవచ్చు మరియు ఖర్చులను తగ్గించవచ్చు.
3, సులభమైన అప్‌గ్రేడ్ మరియు నిర్వహణ: భాగాల విభజన మొత్తం వ్యవస్థను ప్రభావితం చేయకుండా వ్యక్తిగత భాగాలను మరింత సులభంగా భర్తీ చేయడానికి లేదా అప్‌గ్రేడ్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
సవాలు:
1, ఇంటర్ కనెక్షన్ నష్టం: ఆఫ్-చిప్ కనెక్షన్ అదనపు సిగ్నల్ నష్టాన్ని పరిచయం చేస్తుంది మరియు సంక్లిష్టమైన అమరిక విధానాలు అవసరం కావచ్చు.
2, పెరిగిన సంక్లిష్టత మరియు పరిమాణం: వ్యక్తిగత భాగాలకు అదనపు ప్యాకేజింగ్ మరియు ఇంటర్‌కనెక్షన్లు అవసరమవుతాయి, ఫలితంగా పెద్ద పరిమాణాలు మరియు సంభావ్యంగా అధిక ఖర్చులు ఉంటాయి.
3, అధిక విద్యుత్ వినియోగం: మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్‌తో పోలిస్తే పొడవైన సిగ్నల్ మార్గాలు మరియు అదనపు ప్యాకేజింగ్ విద్యుత్ అవసరాలను పెంచవచ్చు.
ముగింపు:
మోనోలిథిక్ మరియు మల్టీ-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్ మధ్య ఎంచుకోవడం అనేది పనితీరు లక్ష్యాలు, పరిమాణ పరిమితులు, వ్యయ పరిగణనలు మరియు సాంకేతిక పరిపక్వతతో సహా అప్లికేషన్-నిర్దిష్ట అవసరాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. తయారీ సంక్లిష్టత ఉన్నప్పటికీ, తీవ్రమైన సూక్ష్మీకరణ, తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం మరియు హై-స్పీడ్ డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌లకు మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్ ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. బదులుగా, మల్టీ-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్ ఎక్కువ డిజైన్ సౌలభ్యాన్ని అందిస్తుంది మరియు ఇప్పటికే ఉన్న తయారీ సామర్థ్యాలను ఉపయోగించుకుంటుంది, ఈ కారకాలు కఠినమైన ఇంటిగ్రేషన్ యొక్క ప్రయోజనాలను అధిగమిస్తున్న అప్లికేషన్‌లకు ఇది అనుకూలంగా ఉంటుంది. పరిశోధన పురోగమిస్తున్న కొద్దీ, ప్రతి విధానంతో సంబంధం ఉన్న సవాళ్లను తగ్గించేటప్పుడు సిస్టమ్ పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి రెండు వ్యూహాల అంశాలను కలిపే హైబ్రిడ్ విధానాలను కూడా అన్వేషిస్తున్నారు.