ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేషన్ పద్ధతి

ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ఏకీకరణ పద్ధతి

యొక్క ఏకీకరణఫోటోనిక్స్మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ అనేది సమాచార ప్రాసెసింగ్ సిస్టమ్‌ల సామర్థ్యాలను మెరుగుపరచడంలో కీలకమైన దశ, వేగవంతమైన డేటా బదిలీ రేట్లు, తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం మరియు మరింత కాంపాక్ట్ పరికర డిజైన్‌లను ప్రారంభించడం మరియు సిస్టమ్ రూపకల్పన కోసం భారీ కొత్త అవకాశాలను తెరవడం. ఇంటిగ్రేషన్ పద్ధతులు సాధారణంగా రెండు వర్గాలుగా విభజించబడ్డాయి: ఏకశిలా ఏకీకరణ మరియు బహుళ-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్.

ఏకశిలా ఏకీకరణ
మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్ అనేది ఒకే ఉపరితలంపై ఫోటోనిక్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను తయారు చేయడం, సాధారణంగా అనుకూల పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియలను ఉపయోగించడం. ఈ విధానం ఒకే చిప్‌లో కాంతి మరియు విద్యుత్ మధ్య అతుకులు లేని ఇంటర్‌ఫేస్‌ను రూపొందించడంపై దృష్టి పెడుతుంది.
ప్రయోజనాలు:
1. ఇంటర్‌కనెక్షన్ నష్టాలను తగ్గించండి: ఫోటాన్‌లు మరియు ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను దగ్గరగా ఉంచడం వల్ల ఆఫ్-చిప్ కనెక్షన్‌లతో సంబంధం ఉన్న సిగ్నల్ నష్టాలు తగ్గుతాయి.
2, మెరుగైన పనితీరు: తక్కువ సిగ్నల్ మార్గాలు మరియు తగ్గిన జాప్యం కారణంగా పటిష్టమైన ఏకీకరణ వేగవంతమైన డేటా బదిలీ వేగానికి దారి తీస్తుంది.
3, చిన్న పరిమాణం: మోనోలిథిక్ ఇంటిగ్రేషన్ అత్యంత కాంపాక్ట్ పరికరాలను అనుమతిస్తుంది, ఇది డేటా కేంద్రాలు లేదా హ్యాండ్‌హెల్డ్ పరికరాల వంటి స్పేస్-పరిమిత అనువర్తనాలకు ప్రత్యేకించి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.
4, విద్యుత్ వినియోగాన్ని తగ్గించండి: ప్రత్యేక ప్యాకేజీలు మరియు సుదూర ఇంటర్‌కనెక్ట్‌ల అవసరాన్ని తొలగించండి, ఇది విద్యుత్ అవసరాలను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.
సవాలు:
1) మెటీరియల్ అనుకూలత: అధిక-నాణ్యత ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు ఫోటోనిక్ ఫంక్షన్‌లు రెండింటికి మద్దతు ఇచ్చే పదార్థాలను కనుగొనడం సవాలుగా ఉంటుంది ఎందుకంటే వాటికి తరచుగా విభిన్న లక్షణాలు అవసరమవుతాయి.
2, ప్రాసెస్ అనుకూలత: ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఫోటాన్‌ల యొక్క విభిన్న ఉత్పాదక ప్రక్రియలను ఒకే ఉపరితలంపై ఏ ఒక్క భాగం యొక్క పనితీరును దిగజార్చకుండా ఏకీకృతం చేయడం సంక్లిష్టమైన పని.
4, కాంప్లెక్స్ 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 ఒకదానితో ఒకటి సమీకరించబడతాయి మరియు ఒక సాధారణ ప్యాకేజీ లేదా ఉపరితలంపై ఉంచబడతాయి (మూర్తి 1). ఇప్పుడు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ చిప్‌ల మధ్య బంధం మోడ్‌లను జాబితా చేద్దాం. ప్రత్యక్ష బంధం: ఈ సాంకేతికతలో రెండు సమతల ఉపరితలాల యొక్క ప్రత్యక్ష భౌతిక సంపర్కం మరియు బంధం ఉంటుంది, సాధారణంగా పరమాణు బంధం బలాలు, వేడి మరియు పీడనం ద్వారా సులభతరం చేయబడుతుంది. ఇది సరళత మరియు చాలా తక్కువ నష్ట కనెక్షన్‌ల ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది, అయితే ఖచ్చితంగా సమలేఖనం చేయబడిన మరియు శుభ్రమైన ఉపరితలాలు అవసరం. ఫైబర్/గ్రేటింగ్ కప్లింగ్: ఈ స్కీమ్‌లో, ఫైబర్ లేదా ఫైబర్ శ్రేణి ఫోటోనిక్ చిప్ యొక్క అంచు లేదా ఉపరితలంతో సమలేఖనం చేయబడి, చిప్‌లోకి మరియు వెలుపలికి కాంతిని కలపడానికి అనుమతిస్తుంది. ఫోటోనిక్ చిప్ మరియు బాహ్య ఫైబర్ మధ్య కాంతి ప్రసారం యొక్క సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరిచేందుకు, నిలువు కలపడం కోసం కూడా గ్రేటింగ్‌ను ఉపయోగించవచ్చు. త్రూ-సిలికాన్ హోల్స్ (TSVలు) మరియు మైక్రో-బంప్‌లు: త్రూ-సిలికాన్ హోల్స్ అనేది సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్ ద్వారా నిలువు ఇంటర్‌కనెక్ట్‌లు, చిప్‌లను మూడు కోణాలలో పేర్చడానికి అనుమతిస్తుంది. మైక్రో-కుంభాకార బిందువులతో కలిపి, అవి ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ చిప్‌ల మధ్య ఎలక్ట్రికల్ కనెక్షన్‌లను పేర్చబడిన కాన్ఫిగరేషన్‌లలో సాధించడంలో సహాయపడతాయి, ఇది అధిక-సాంద్రత ఏకీకరణకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఆప్టికల్ మధ్యవర్తి పొర: ఆప్టికల్ మధ్యవర్తి పొర అనేది ఆప్టికల్ వేవ్‌గైడ్‌లను కలిగి ఉన్న ప్రత్యేక ఉపరితలం, ఇది చిప్‌ల మధ్య ఆప్టికల్ సిగ్నల్‌లను రూటింగ్ చేయడానికి మధ్యవర్తిగా పనిచేస్తుంది. ఇది ఖచ్చితమైన అమరిక మరియు అదనపు నిష్క్రియం కోసం అనుమతిస్తుందిఆప్టికల్ భాగాలుపెరిగిన కనెక్షన్ సౌలభ్యం కోసం ఏకీకృతం చేయవచ్చు. హైబ్రిడ్ బాండింగ్: ఈ అధునాతన బంధ సాంకేతికత చిప్స్ మరియు అధిక-నాణ్యత ఆప్టికల్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ల మధ్య అధిక సాంద్రత కలిగిన విద్యుత్ కనెక్షన్‌లను సాధించడానికి డైరెక్ట్ బాండింగ్ మరియు మైక్రో-బంప్ టెక్నాలజీని మిళితం చేస్తుంది. ఇది అధిక-పనితీరు గల ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ కో-ఇంటిగ్రేషన్ కోసం ప్రత్యేకించి ఆశాజనకంగా ఉంది. సోల్డర్ బంప్ బాండింగ్: ఫ్లిప్ చిప్ బాండింగ్ లాగానే, ఎలక్ట్రికల్ కనెక్షన్‌లను రూపొందించడానికి టంకము బంప్‌లు ఉపయోగించబడతాయి. అయితే, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ఇంటిగ్రేషన్ సందర్భంలో, థర్మల్ స్ట్రెస్ వల్ల కలిగే ఫోటోనిక్ భాగాలకు నష్టం జరగకుండా మరియు ఆప్టికల్ అలైన్‌మెంట్‌ను నిర్వహించడానికి ప్రత్యేక శ్రద్ధ ఉండాలి.

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

ఈ విధానాల యొక్క ప్రయోజనాలు ముఖ్యమైనవి: CMOS ప్రపంచం మూర్ యొక్క చట్టంలో మెరుగుదలలను అనుసరిస్తూనే ఉన్నందున, ప్రతి తరం CMOS లేదా Bi-CMOSని చౌకైన సిలికాన్ ఫోటోనిక్ చిప్‌లో త్వరగా స్వీకరించడం సాధ్యమవుతుంది, ఉత్తమ ప్రక్రియల ప్రయోజనాలను పొందుతుంది. ఫోటోనిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్. ఫోటోనిక్స్‌కు సాధారణంగా చాలా చిన్న నిర్మాణాల కల్పన అవసరం లేదు (సుమారు 100 నానోమీటర్‌ల కీలక పరిమాణాలు విలక్షణమైనవి) మరియు ట్రాన్సిస్టర్‌లతో పోలిస్తే పరికరాలు పెద్దవిగా ఉంటాయి, ఆర్థిక పరిగణనలు ఫోటోనిక్ పరికరాలను ఒక ప్రత్యేక ప్రక్రియలో తయారు చేయడానికి మొగ్గు చూపుతాయి. తుది ఉత్పత్తికి అవసరమైన ఎలక్ట్రానిక్స్.
ప్రయోజనాలు:
1, వశ్యత: ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ భాగాల యొక్క ఉత్తమ పనితీరును సాధించడానికి వివిధ పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియలను స్వతంత్రంగా ఉపయోగించవచ్చు.
2, ప్రాసెస్ మెచ్యూరిటీ: ప్రతి భాగం కోసం పరిణతి చెందిన తయారీ ప్రక్రియల ఉపయోగం ఉత్పత్తిని సులభతరం చేస్తుంది మరియు ఖర్చులను తగ్గిస్తుంది.
3, సులభతరమైన అప్‌గ్రేడ్ మరియు నిర్వహణ: భాగాల విభజన మొత్తం సిస్టమ్‌ను ప్రభావితం చేయకుండా వ్యక్తిగత భాగాలను మరింత సులభంగా భర్తీ చేయడానికి లేదా అప్‌గ్రేడ్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
సవాలు:
1, ఇంటర్‌కనెక్షన్ నష్టం: ఆఫ్-చిప్ కనెక్షన్ అదనపు సిగ్నల్ నష్టాన్ని పరిచయం చేస్తుంది మరియు సంక్లిష్ట అమరిక విధానాలు అవసరం కావచ్చు.
2, పెరిగిన సంక్లిష్టత మరియు పరిమాణం: వ్యక్తిగత భాగాలకు అదనపు ప్యాకేజింగ్ మరియు ఇంటర్‌కనెక్షన్‌లు అవసరమవుతాయి, ఫలితంగా పెద్ద పరిమాణాలు మరియు అధిక ఖర్చులు ఉంటాయి.
3, అధిక శక్తి వినియోగం: ఏకశిలా ఏకీకరణతో పోలిస్తే పొడవైన సిగ్నల్ మార్గాలు మరియు అదనపు ప్యాకేజింగ్ శక్తి 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, తీవ్ర సూక్ష్మీకరణ, తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం మరియు అధిక-వేగవంతమైన డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ అవసరమయ్యే అనువర్తనాలకు ఏకశిలా ఏకీకరణ ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. బదులుగా, మల్టీ-చిప్ ఇంటిగ్రేషన్ ఎక్కువ డిజైన్ సౌలభ్యాన్ని అందిస్తుంది మరియు ఇప్పటికే ఉన్న ఉత్పాదక సామర్థ్యాలను ఉపయోగించుకుంటుంది, ఈ కారకాలు కఠినమైన ఏకీకరణ యొక్క ప్రయోజనాలను అధిగమించే అనువర్తనాలకు ఇది అనుకూలంగా ఉంటుంది. పరిశోధన పురోగమిస్తున్న కొద్దీ, ప్రతి విధానంతో సంబంధం ఉన్న సవాళ్లను తగ్గించేటప్పుడు సిస్టమ్ పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి రెండు వ్యూహాల మూలకాలను మిళితం చేసే హైబ్రిడ్ విధానాలు కూడా అన్వేషించబడుతున్నాయి.