ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક એકીકરણ પદ્ધતિ

ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિકએકીકરણ પદ્ધતિ

નું એકીકરણફોટોનિક્સઅને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ એ માહિતી પ્રોસેસિંગ સિસ્ટમ્સની ક્ષમતાઓને સુધારવા, ઝડપી ડેટા ટ્રાન્સફર રેટ, ઓછા પાવર વપરાશ અને વધુ કોમ્પેક્ટ ઉપકરણ ડિઝાઇનને સક્ષમ કરવા અને સિસ્ટમ ડિઝાઇન માટે વિશાળ નવી તકો ખોલવા માટેનું મુખ્ય પગલું છે. એકીકરણ પદ્ધતિઓ સામાન્ય રીતે બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત થાય છે: મોનોલિથિક એકીકરણ અને મલ્ટિ-ચિપ એકીકરણ.

મોનોલિથિક એકીકરણ
મોનોલિથિક એકીકરણમાં સમાન સબસ્ટ્રેટ પર ફોટોનિક અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોના ઉત્પાદનનો સમાવેશ થાય છે, સામાન્ય રીતે સુસંગત સામગ્રી અને પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને. આ અભિગમ એક જ ચિપમાં પ્રકાશ અને વીજળી વચ્ચે સીમલેસ ઇન્ટરફેસ બનાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.
ફાયદા:
1. ઇન્ટરકનેક્શન નુકસાન ઘટાડવું: ફોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોને નજીકમાં રાખવાથી ઑફ-ચિપ કનેક્શન્સ સાથે સંકળાયેલ સિગ્નલ નુકસાન ઘટાડે છે.
2, સુધારેલ પ્રદર્શન: ટૂંકા સિગ્નલ પાથ અને ઓછી વિલંબને કારણે કડક એકીકરણ ઝડપી ડેટા ટ્રાન્સફર ઝડપ તરફ દોરી શકે છે.
3, નાનું કદ: મોનોલિથિક એકીકરણ અત્યંત કોમ્પેક્ટ ઉપકરણો માટે પરવાનગી આપે છે, જે ખાસ કરીને ડેટા સેન્ટર્સ અથવા હેન્ડહેલ્ડ ઉપકરણો જેવી જગ્યા-મર્યાદિત એપ્લિકેશનો માટે ફાયદાકારક છે.
4, પાવર વપરાશ ઘટાડવો: અલગ પેકેજો અને લાંબા-અંતરના ઇન્ટરકનેક્ટ્સની જરૂરિયાતને દૂર કરો, જે પાવર જરૂરિયાતોને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે.
પડકાર:
1) સામગ્રી સુસંગતતા: ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ઇલેક્ટ્રોન અને ફોટોનિક કાર્યો બંનેને ટેકો આપતી સામગ્રી શોધવી પડકારરૂપ બની શકે છે કારણ કે તેમને ઘણીવાર વિવિધ ગુણધર્મોની જરૂર હોય છે.
2, પ્રક્રિયા સુસંગતતા: એક જ સબસ્ટ્રેટ પર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ફોટોનની વિવિધ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓને એકીકૃત કરવી એ કોઈપણ એક ઘટકના પ્રભાવને બગાડ્યા વિના એક જટિલ કાર્ય છે.
4, જટિલ ઉત્પાદન: ઇલેક્ટ્રોનિક અને ફોટોનોનિક સ્ટ્રક્ચર્સ માટે જરૂરી ઉચ્ચ ચોકસાઇ ઉત્પાદનની જટિલતા અને ખર્ચમાં વધારો કરે છે.

મલ્ટી-ચિપ એકીકરણ
આ અભિગમ દરેક કાર્ય માટે સામગ્રી અને પ્રક્રિયાઓ પસંદ કરવામાં વધુ સુગમતા માટે પરવાનગી આપે છે. આ એકીકરણમાં, ઇલેક્ટ્રોનિક અને ફોટોનિક ઘટકો વિવિધ પ્રક્રિયાઓમાંથી આવે છે અને પછી એકસાથે એસેમ્બલ થાય છે અને સામાન્ય પેકેજ અથવા સબસ્ટ્રેટ પર મૂકવામાં આવે છે (આકૃતિ 1). હવે ચાલો ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ચિપ્સ વચ્ચેના બોન્ડિંગ મોડ્સની યાદી બનાવીએ. ડાયરેક્ટ બોન્ડીંગ: આ ટેકનીકમાં બે પ્લેનર સપાટીઓનો સીધો શારીરિક સંપર્ક અને બોન્ડીંગનો સમાવેશ થાય છે, જે સામાન્ય રીતે મોલેક્યુલર બોન્ડીંગ ફોર્સ, ગરમી અને દબાણ દ્વારા સુવિધા આપવામાં આવે છે. તેમાં સરળતાનો ફાયદો છે અને સંભવિત રીતે ખૂબ જ ઓછા નુકશાન કનેક્શન છે, પરંતુ તેને ચોક્કસ રીતે સંરેખિત અને સ્વચ્છ સપાટીઓની જરૂર છે. ફાઈબર/ગ્રેટિંગ કપલિંગ: આ સ્કીમમાં, ફાઈબર અથવા ફાઈબર એરેને ફોટોનિક ચિપની ધાર અથવા સપાટી સાથે જોડવામાં આવે છે, જેનાથી ચિપની અંદર અને બહાર પ્રકાશને જોડી શકાય છે. ફોટોનિક ચિપ અને બાહ્ય ફાઇબર વચ્ચે પ્રકાશના પ્રસારણની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરીને, વર્ટિકલ કપલિંગ માટે પણ જાળીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. થ્રુ-સિલિકોન હોલ્સ (TSVs) અને માઇક્રો-બમ્પ્સ: થ્રુ-સિલિકોન હોલ્સ એ સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ દ્વારા વર્ટિકલ ઇન્ટરકનેક્ટ છે, જે ચિપ્સને ત્રણ પરિમાણોમાં સ્ટેક કરવાની મંજૂરી આપે છે. સૂક્ષ્મ-બહિર્મુખ બિંદુઓ સાથે સંયોજિત, તેઓ સ્ટેક્ડ રૂપરેખાંકનોમાં ઇલેક્ટ્રોનિક અને ફોટોનિક ચિપ્સ વચ્ચે વિદ્યુત જોડાણ પ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરે છે, જે ઉચ્ચ-ઘનતા એકીકરણ માટે યોગ્ય છે. ઓપ્ટિકલ મધ્યસ્થી સ્તર: ઓપ્ટિકલ મધ્યસ્થ સ્તર એ એક અલગ સબસ્ટ્રેટ છે જેમાં ઓપ્ટિકલ વેવગાઈડ હોય છે જે ચિપ્સ વચ્ચેના ઓપ્ટિકલ સિગ્નલોને રૂટ કરવા માટે મધ્યસ્થી તરીકે સેવા આપે છે. તે ચોક્કસ સંરેખણ અને વધારાના નિષ્ક્રિય માટે પરવાનગી આપે છેઓપ્ટિકલ ઘટકોવધેલી કનેક્શન લવચીકતા માટે સંકલિત કરી શકાય છે. હાઇબ્રિડ બોન્ડિંગ: આ અદ્યતન બોન્ડિંગ ટેક્નોલોજી ચિપ્સ અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા ઓપ્ટિકલ ઇન્ટરફેસ વચ્ચે હાઇ-ડેન્સિટી ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન્સ હાંસલ કરવા માટે ડાયરેક્ટ બોન્ડિંગ અને માઇક્રો-બમ્પ ટેક્નોલોજીને જોડે છે. તે ખાસ કરીને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક સહ-સંકલન માટે આશાસ્પદ છે. સોલ્ડર બમ્પ બોન્ડિંગ: ફ્લિપ ચિપ બોન્ડિંગની જેમ, સોલ્ડર બમ્પનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન બનાવવા માટે થાય છે. જો કે, ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક એકીકરણના સંદર્ભમાં, થર્મલ સ્ટ્રેસને કારણે ફોટોનિક ઘટકોને થતા નુકસાનને ટાળવા અને ઓપ્ટિકલ ગોઠવણી જાળવવા માટે ખાસ ધ્યાન આપવું જોઈએ.

આકૃતિ 1: : ઇલેક્ટ્રોન/ફોટન ચિપ-ટુ-ચીપ બોન્ડિંગ સ્કીમ

આ અભિગમોના ફાયદા નોંધપાત્ર છે: જેમ જેમ CMOS વિશ્વ મૂરેના કાયદામાં સુધારાઓનું પાલન કરવાનું ચાલુ રાખે છે, તેમ CMOS અથવા Bi-CMOS ની દરેક પેઢીને સસ્તી સિલિકોન ફોટોનિક ચિપ પર ઝડપથી અનુકૂલિત કરવાનું શક્ય બનશે, જેમાં શ્રેષ્ઠ પ્રક્રિયાઓના લાભો પ્રાપ્ત થશે. ફોટોનિક્સ અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ. કારણ કે ફોટોનિક્સને સામાન્ય રીતે ખૂબ જ નાની રચનાઓ બનાવવાની જરૂર હોતી નથી (લગભગ 100 નેનોમીટરના મુખ્ય કદ લાક્ષણિક છે) અને ઉપકરણો ટ્રાન્ઝિસ્ટરની તુલનામાં મોટા હોય છે, આર્થિક વિચારણાઓ ફોટોનિક ઉપકરણોને એક અલગ પ્રક્રિયામાં ઉત્પાદિત કરવા દબાણ કરશે, કોઈપણ અદ્યતનથી અલગ અંતિમ ઉત્પાદન માટે જરૂરી ઇલેક્ટ્રોનિક્સ.
ફાયદા:
1, લવચીકતા: ઇલેક્ટ્રોનિક અને ફોટોનિક ઘટકોના શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શનને હાંસલ કરવા માટે વિવિધ સામગ્રી અને પ્રક્રિયાઓનો સ્વતંત્ર રીતે ઉપયોગ કરી શકાય છે.
2, પ્રક્રિયા પરિપક્વતા: દરેક ઘટક માટે પરિપક્વ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ ઉત્પાદનને સરળ બનાવી શકે છે અને ખર્ચ ઘટાડી શકે છે.
3, સરળ અપગ્રેડ અને જાળવણી: ઘટકોનું વિભાજન સમગ્ર સિસ્ટમને અસર કર્યા વિના વ્યક્તિગત ઘટકોને વધુ સરળતાથી બદલવા અથવા અપગ્રેડ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
પડકાર:
1, ઇન્ટરકનેક્શન લોસ: ઓફ-ચિપ કનેક્શન વધારાના સિગ્નલ લોસનો પરિચય આપે છે અને જટિલ ગોઠવણી પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડી શકે છે.
2, જટિલતા અને કદમાં વધારો: વ્યક્તિગત ઘટકોને વધારાના પેકેજિંગ અને ઇન્ટરકનેક્શનની જરૂર પડે છે, પરિણામે મોટા કદ અને સંભવિત રૂપે વધુ ખર્ચ થાય છે.
3, ઉચ્ચ પાવર વપરાશ: લાંબા સિગ્નલ પાથ અને વધારાના પેકેજિંગ મોનોલિથિક એકીકરણની તુલનામાં પાવર જરૂરિયાતો વધારી શકે છે.
નિષ્કર્ષ:
મોનોલિથિક અને મલ્ટિ-ચિપ એકીકરણ વચ્ચેની પસંદગી એ એપ્લિકેશન-વિશિષ્ટ જરૂરિયાતો પર આધારિત છે, જેમાં પ્રદર્શન લક્ષ્યો, કદની મર્યાદાઓ, ખર્ચની વિચારણાઓ અને તકનીકી પરિપક્વતાનો સમાવેશ થાય છે. મેન્યુફેક્ચરિંગ જટિલતા હોવા છતાં, મોનોલિથિક એકીકરણ એ એપ્લિકેશન્સ માટે ફાયદાકારક છે જેને અત્યંત લઘુચિત્રીકરણ, ઓછા પાવર વપરાશ અને હાઇ-સ્પીડ ડેટા ટ્રાન્સમિશનની જરૂર હોય છે. તેના બદલે, મલ્ટિ-ચિપ એકીકરણ વધુ ડિઝાઇન લવચીકતા પ્રદાન કરે છે અને હાલની ઉત્પાદન ક્ષમતાઓનો ઉપયોગ કરે છે, તે એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય બનાવે છે જ્યાં આ પરિબળો કડક એકીકરણના લાભો કરતાં વધી જાય છે. જેમ જેમ સંશોધન આગળ વધે છે તેમ, બંને વ્યૂહરચનાઓના ઘટકોને સંયોજિત કરતા વર્ણસંકર અભિગમો પણ દરેક અભિગમ સાથે સંકળાયેલ પડકારોને હળવા કરતી વખતે સિસ્ટમની કામગીરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે અન્વેષણ કરવામાં આવી રહ્યા છે.