វិធីសាស្រ្តរួមបញ្ចូល Optoelectronic

អុបតូអេឡិចត្រូនិចវិធីសាស្រ្តរួមបញ្ចូលគ្នា

ការរួមបញ្ចូលគ្នានៃរូបវិទ្យានិងអេឡិចត្រូនិចគឺជាជំហានសំខាន់មួយក្នុងការកែលម្អសមត្ថភាពនៃប្រព័ន្ធដំណើរការព័ត៌មាន ធ្វើឱ្យអត្រាផ្ទេរទិន្នន័យកាន់តែលឿន ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប និងការរចនាឧបករណ៍តូចជាងមុន និងការបើកឱកាសថ្មីដ៏ធំសម្រាប់ការរចនាប្រព័ន្ធ។ វិធីសាស្រ្តនៃការរួមបញ្ចូលជាទូទៅត្រូវបានបែងចែកទៅជាពីរប្រភេទ: ការរួមបញ្ចូល monolithic និងការរួមបញ្ចូលពហុបន្ទះឈីប។

ការរួមបញ្ចូល monolithic
សមាហរណកម្ម Monolithic ពាក់ព័ន្ធនឹងការផលិតសមាសធាតុ photonic និងអេឡិចត្រូនិចនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដូចគ្នា ជាធម្មតាប្រើប្រាស់សម្ភារៈ និងដំណើរការដែលត្រូវគ្នា។ វិធីសាស្រ្តនេះផ្តោតលើការបង្កើតចំណុចប្រទាក់គ្មានថ្នេររវាងពន្លឺ និងអគ្គិសនីនៅក្នុងបន្ទះឈីបតែមួយ។
គុណសម្បត្តិ៖
1. កាត់បន្ថយការបាត់បង់ការភ្ជាប់ទំនាក់ទំនងគ្នា៖ ការដាក់ photons និងសមាសធាតុអេឡិចត្រូនិចនៅជិតគ្នា កាត់បន្ថយការបាត់បង់សញ្ញាដែលទាក់ទងនឹងការភ្ជាប់ off-chip។
2, ដំណើរការប្រសើរឡើង៖ ការរួមបញ្ចូលកាន់តែតឹងតែងអាចនាំឱ្យល្បឿនផ្ទេរទិន្នន័យកាន់តែលឿន ដោយសារផ្លូវសញ្ញាខ្លីជាង និងកាត់បន្ថយភាពយឺតយ៉ាវ។
3, ទំហំតូចជាង៖ ការរួមបញ្ចូល Monolithic អនុញ្ញាតឱ្យមានឧបករណ៍បង្រួមខ្ពស់ ដែលមានប្រយោជន៍ជាពិសេសសម្រាប់កម្មវិធីដែលមានដែនកំណត់ ដូចជាមជ្ឈមណ្ឌលទិន្នន័យ ឬឧបករណ៍យួរដៃ។
4, កាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់ថាមពល៖ លុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់កញ្ចប់ដាច់ដោយឡែក និងការភ្ជាប់ទំនាក់ទំនងពីចម្ងាយ ដែលអាចកាត់បន្ថយតម្រូវការថាមពលយ៉ាងខ្លាំង។
ការប្រកួតប្រជែង៖
1) ភាពឆបគ្នានៃសម្ភារៈ៖ ការស្វែងរកសម្ភារៈដែលគាំទ្រទាំងមុខងារអេឡិចត្រុងដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងមុខងារ photonic អាចជាបញ្ហាប្រឈម ព្រោះវាច្រើនតែត្រូវការលក្ខណៈសម្បត្តិខុសៗគ្នា។
2, ភាពឆបគ្នានៃដំណើរការ៖ ការរួមបញ្ចូលដំណើរការផលិតចម្រុះនៃអេឡិចត្រូនិ និងហ្វូតុងនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដូចគ្នាដោយមិនធ្វើឱ្យខូចមុខងារនៃសមាសធាតុណាមួយគឺជាកិច្ចការស្មុគស្មាញ។
4, ការផលិតស្មុគ្រស្មាញ: ភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ដែលត្រូវការសម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូនិចនិង photononic បង្កើនភាពស្មុគស្មាញនិងតម្លៃនៃការផលិត។

ការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបច្រើន។
វិធីសាស្រ្តនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានភាពបត់បែនកាន់តែច្រើនក្នុងការជ្រើសរើសសម្ភារៈ និងដំណើរការសម្រាប់មុខងារនីមួយៗ។ នៅក្នុងសមាហរណកម្មនេះ សមាសធាតុអេឡិចត្រូនិច និង photonic កើតចេញពីដំណើរការផ្សេងៗគ្នា ហើយបន្ទាប់មកត្រូវបានផ្គុំចូលគ្នា ហើយដាក់នៅលើកញ្ចប់ធម្មតា ឬស្រទាប់ខាងក្រោម (រូបភាពទី 1) ។ ឥឡូវនេះ ចូរយើងរាយបញ្ជីរបៀបភ្ជាប់រវាងបន្ទះឈីប optoelectronic ។ ការផ្សារភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់៖ បច្ចេកទេសនេះពាក់ព័ន្ធនឹងទំនាក់ទំនងរាងកាយផ្ទាល់ និងការផ្សារភ្ជាប់នៃផ្ទៃប្លង់ពីរ ដែលជាធម្មតាត្រូវបានសម្របសម្រួលដោយកម្លាំងភ្ជាប់ម៉ូលេគុល កំដៅ និងសម្ពាធ។ វាមានអត្ថប្រយោជន៍នៃភាពសាមញ្ញ និងមានសក្តានុពលនៃការតភ្ជាប់ការបាត់បង់ទាបបំផុត ប៉ុន្តែទាមទារឱ្យមានការតម្រឹមយ៉ាងច្បាស់លាស់ និងផ្ទៃស្អាត។ Fiber/grating coupling៖ នៅក្នុងគ្រោងការណ៍នេះ អារេសរសៃ ឬ fiber ត្រូវបានតម្រឹម និងភ្ជាប់ទៅនឹងគែម ឬផ្ទៃនៃបន្ទះឈីប photonic ដែលអនុញ្ញាតឱ្យពន្លឺត្រូវបានភ្ជាប់ចូល និងក្រៅបន្ទះឈីប។ Grating ក៏អាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការភ្ជាប់បញ្ឈរដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវប្រសិទ្ធភាពនៃការបញ្ជូនពន្លឺរវាងបន្ទះឈីប photonic និងសរសៃខាងក្រៅ។ រន្ធឆ្លងកាត់ស៊ីលីកុន (TSVs) និង micro-bumps៖ រន្ធឆ្លងកាត់ស៊ីលីកុន គឺជារន្ធបញ្ឈរដែលតភ្ជាប់គ្នាតាមរយៈស្រទាប់ខាងក្រោមស៊ីលីកុន ដែលអនុញ្ញាតឱ្យបន្ទះសៀគ្វីត្រូវបានដាក់ជង់ជាបីវិមាត្រ។ រួមផ្សំជាមួយនឹងចំណុចប៉ោងតូចៗ ពួកវាជួយឱ្យសម្រេចបាននូវការតភ្ជាប់អគ្គិសនីរវាងបន្ទះសៀគ្វីអេឡិចត្រូនិច និងហ្វូតូនិចក្នុងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធជង់ ដែលសមរម្យសម្រាប់ការរួមបញ្ចូលដង់ស៊ីតេខ្ពស់។ ស្រទាប់អន្តរការីអុបទិក៖ ស្រទាប់អន្តរការីអុបទិកគឺជាស្រទាប់ខាងក្រោមដាច់ដោយឡែកដែលមានឧបករណ៍រលកអុបទិក ដែលបម្រើជាអន្តរការីសម្រាប់បញ្ជូនសញ្ញាអុបទិករវាងបន្ទះសៀគ្វី។ វាអនុញ្ញាតឱ្យមានការតម្រឹមច្បាស់លាស់ និងអកម្មបន្ថែមសមាសធាតុអុបទិកអាចត្រូវបានរួមបញ្ចូលសម្រាប់ការបង្កើនភាពបត់បែននៃការតភ្ជាប់។ ការផ្សារភ្ជាប់កូនកាត់៖ បច្ចេកវិជ្ជាផ្សារភ្ជាប់កម្រិតខ្ពស់នេះរួមបញ្ចូលគ្នារវាងការភ្ជាប់ដោយផ្ទាល់ និងបច្ចេកវិទ្យា micro-bump ដើម្បីសម្រេចបាននូវការតភ្ជាប់អគ្គិសនីដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់រវាងបន្ទះសៀគ្វី និងចំណុចប្រទាក់អុបទិកដែលមានគុណភាពខ្ពស់។ វាគឺជាការសន្យាជាពិសេសសម្រាប់ការរួមផ្សំ optoelectronic ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ ការផ្សារភ្ជាប់ដុំដែក៖ ស្រដៀងទៅនឹងការភ្ជាប់បន្ទះសៀគ្វីត្រឡប់ ដុំដែកត្រូវបានប្រើប្រាស់ដើម្បីបង្កើតការតភ្ជាប់អគ្គិសនី។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅក្នុងបរិបទនៃការរួមបញ្ចូលអុបតូអេឡិចត្រូនិច ត្រូវតែយកចិត្តទុកដាក់ជាពិសេស ដើម្បីជៀសវាងការខូចខាតដល់សមាសធាតុ photonic ដែលបណ្តាលមកពីភាពតានតឹងកម្ដៅ និងរក្សាការតម្រឹមអុបទិក។

រូបភាពទី 1: : គ្រោងការណ៍ភ្ជាប់អេឡិចត្រូដ / បន្ទះសៀគ្វីទៅបន្ទះឈីប

អត្ថប្រយោជន៍នៃវិធីសាស្រ្តទាំងនេះគឺមានសារៈសំខាន់៖ នៅពេលដែលពិភពលោក CMOS បន្តអនុវត្តតាមការកែលម្អនៅក្នុងច្បាប់របស់ Moore វានឹងអាចសម្របខ្លួនបានយ៉ាងឆាប់រហ័សនូវជំនាន់នីមួយៗនៃ CMOS ឬ Bi-CMOS ទៅលើបន្ទះឈីប silicon photonic ដែលមានតម្លៃថោក ដោយទទួលបានអត្ថប្រយោជន៍នៃដំណើរការដ៏ល្អបំផុតនៅក្នុង រូបវិទ្យា និងអេឡិចត្រូនិច។ ដោយសារតែ photonics ជាទូទៅមិនតម្រូវឱ្យមានការប្រឌិតនៃរចនាសម្ព័ន្ធតូចណាស់ (ទំហំគន្លឹះប្រហែល 100 nanometers គឺធម្មតា) ហើយឧបករណ៍មានទំហំធំបើប្រៀបធៀបទៅនឹងត្រង់ស៊ីស្ទ័រ ការពិចារណាផ្នែកសេដ្ឋកិច្ចនឹងមានទំនោរជំរុញឱ្យឧបករណ៍ photonic ត្រូវបានផលិតនៅក្នុងដំណើរការដាច់ដោយឡែក បំបែកចេញពីកម្រិតខ្ពស់ណាមួយ។ គ្រឿងអេឡិចត្រូនិកដែលត្រូវការសម្រាប់ផលិតផលចុងក្រោយ។
គុណសម្បត្តិ៖
1, ភាពបត់បែន៖ វត្ថុធាតុ និងដំណើរការផ្សេងៗគ្នាអាចប្រើប្រាស់ដោយឯករាជ្យ ដើម្បីសម្រេចបាននូវដំណើរការល្អបំផុតនៃសមាសធាតុអេឡិចត្រូនិច និង photonic ។
2, ភាពចាស់ទុំនៃដំណើរការ៖ ការប្រើប្រាស់ដំណើរការផលិតភាពចាស់ទុំសម្រាប់សមាសធាតុនីមួយៗអាចសម្រួលដល់ការផលិត និងកាត់បន្ថយការចំណាយ។
3, ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនិងការថែទាំកាន់តែងាយស្រួល: ការបំបែកសមាសធាតុអនុញ្ញាតឱ្យសមាសធាតុនីមួយៗត្រូវបានជំនួសឬធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងកាន់តែងាយស្រួលដោយមិនប៉ះពាល់ដល់ប្រព័ន្ធទាំងមូល។
ការប្រកួតប្រជែង៖
1, ការបាត់បង់ការភ្ជាប់ទំនាក់ទំនង៖ ការតភ្ជាប់ក្រៅបន្ទះឈីបណែនាំការបាត់បង់សញ្ញាបន្ថែម ហើយអាចតម្រូវឱ្យមាននីតិវិធីតម្រឹមស្មុគស្មាញ។
2, ភាពស្មុគស្មាញ និងទំហំកើនឡើង៖ សមាសធាតុបុគ្គលទាមទារការវេចខ្ចប់បន្ថែម និងការភ្ជាប់ទំនាក់ទំនងគ្នា ដែលបណ្តាលឱ្យមានទំហំកាន់តែធំ និងអាចមានតម្លៃថ្លៃជាង។
3, ការប្រើប្រាស់ថាមពលកាន់តែខ្ពស់៖ ផ្លូវសញ្ញាវែងជាង និងការវេចខ្ចប់បន្ថែមអាចបង្កើនតម្រូវការថាមពលបើប្រៀបធៀបទៅនឹងការរួមបញ្ចូល monolithic ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖
ការជ្រើសរើសរវាងការរួមបញ្ចូល monolithic និង multi-chip អាស្រ័យលើតម្រូវការជាក់លាក់នៃកម្មវិធី រួមទាំងគោលដៅនៃការអនុវត្ត កម្រិតទំហំ ការពិចារណាលើការចំណាយ និងកាលកំណត់នៃបច្ចេកវិទ្យា។ ទោះបីជាមានភាពស្មុគ្រស្មាញក្នុងការផលិតក៏ដោយ ការរួមបញ្ចូល monolithic មានអត្ថប្រយោជន៍សម្រាប់កម្មវិធីដែលតម្រូវឱ្យមានការបង្រួមតូចខ្លាំង ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប និងការបញ្ជូនទិន្នន័យដែលមានល្បឿនលឿន។ ជំនួសមកវិញ ការរួមបញ្ចូលបន្ទះឈីបច្រើនផ្តល់នូវភាពបត់បែននៃការរចនាកាន់តែច្រើន និងប្រើប្រាស់សមត្ថភាពផលិតដែលមានស្រាប់ ធ្វើឱ្យវាស័ក្តិសមសម្រាប់កម្មវិធីដែលកត្តាទាំងនេះមានលើសពីអត្ថប្រយោជន៍នៃការរួមបញ្ចូលកាន់តែតឹងរ៉ឹង។ នៅពេលដែលការស្រាវជ្រាវរីកចម្រើន វិធីសាស្រ្តកូនកាត់ដែលរួមបញ្ចូលគ្នានូវធាតុផ្សំនៃយុទ្ធសាស្រ្តទាំងពីរក៏កំពុងត្រូវបានស្វែងរកផងដែរ ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រតិបត្តិការរបស់ប្រព័ន្ធ ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយបញ្ហាប្រឈមដែលទាក់ទងនឹងវិធីសាស្រ្តនីមួយៗ។