מבוא ל-Integrated Optical Acceptr Circuits

מעגלים אופטיים משולבים הם אבני בניין חיוניות בתקשורת מהירה מודרנית ומערכותחישה.עיגולים אלה להמיר אותות אופטיים נכנסים - באופן חד-משמעי מכבל אופטי או קישור חלל חופשי - זרם חשמלי או זרם חשמלי או מתח שניתן לעבד על ידי אלקטרוניקה דיגיטלית.השילוב של photodetectors, מגברי ראייה מתקדמים, הגבלת ממריצים רוחב-רוחב, ו-Windows-Stradata-of-intendows-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-to-up-up-up-in-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-of-to-to-to-of-to-to-of-of-of-of-to-of-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-of-to-to-of-of-of-of-of-of-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-

הדרך לכיוון מיניטוריזציה

דחיפה חסרת פשרות לכווץ מערכות אלקטרוניות ופוטוניות מונעות על ידי מספר כוחות חופפים.יצרניות האלקטרוניקה של הצרכנים רוצות טלפונים חכמים וטאבלטים שיכולים להתמודד עם מציאות מדומה וסטרימינג וידאו 8K ללא חימום יתר על המידה.מהנדסים ביו-רפואיים זקוקים לחיישנים הניתנים לנטר גלוקוז בדם או פעילות עצבית עם אריזות מינימליות, אך ורק על גבי תאי אחסון חשמליים, תוך שמירה על תקשורת אמינה בסביבות קשות, דיסקרטיים אופטיים, הם זקוקים להורדת לחץ דם ולהפחית את רכיבי לחץ דם ולהפחית את רכיבי לחץ דם אופטיים, אך ורק על שבבים, אך ורק על מנת להפחית את רכיבי לחץ דם ולהפחית את רכיבי חומצה אופטיים.

בניין טכנולוגי מפתח בלוקים

פלטפורמת Photonics

תצלומים של הסיליקון הופיעו כפלטפורמת הדומיננטית עבור מקלטים אופטיים משולבים כי היא מממנת את אותה אמצעי מתכת משלימים-פחמיים (CMOS) אשר שימשו עבור microelectronics. תאימות זו מציעה תשואה גבוהה, עלות נמוכה, ואת היכולת לשלב באופן חד-חמצני רק פונקציות פוטו-פסיכוטיות ואלקטרוניות על מות יחיד.

צילום: High-Speed Photodetectors

(הופנה מהדף ⁇ ) הוא המרכיב הקדמי הקובע את המהירות והמידה האולטימטיבית של מקלט אופטי (צילום תמונה מסורתי) של תמונות סיגנל מסורתי המיוצרים מ- III-V תרכובות כמו InGaAs מציעים רוחב פס גבוה, אך יקר להשתלב בסיליקון: תצלום של 10: 23 גרם למחזור מידע יעיל יותר עבור מקלטים משולבים, השגת רוחב פס מעל 50 GHz עם responsivities של 0.8/W ב-152, כולל גרפים (Gupm) של חומרים קצרים יותר מגובה של גרף נמוך יותר מגובה של גרף של גרף של גרף של גרף של גרף של גרף של ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (Gp) כולל ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עיצוב מעגל נמוך

מעגלים אלקטרוניים העוקבים אחר הפוטדקטור - באופן חד-משמעי a transimpance amplifier (TIA) ו-Aquare amplifier - חייבים לפעול ברווח גבוה תוך צריכת חשמל מינימלי. CMOS מתקדם (28 nm ולמטה) מאפשרים עיצובים של TIA להשגת מוצרים חד-צדדיים מעל 1Hz עם פיזור חשמל מתחת ל- 10Wטכניקה, כגון ריצוף נמוך, תוספת של דחיסות).

רגישות מוגברת באמצעות Co-Design

רגישות - הכוח האופטי המינימלי הנדרש לפעולה ללא שגיאות - הוא קריטי עבור יישומים שבהם האות המתקבל חלש, כגון קישורים סיבים ארוכי טווח או תקשורת אופטית חינם חללית. המקלטים משולבים עכשיו להשיג רגישות באופן שגרתי מתחת -20 dBm ב 25 Gbps באמצעות שיפור קו-אופטימחדש של ה- DIO-Opto-Fic-Fic-Fic-Ric-Fic-uptance, לעומת זאת, שיפור משמעותי של אפקט ה-DIFellowtance-DIFDIFIC-DIUM-DIUM, עם שיפור עצמי של מספר שנים עם שיפור עצמי משופר עם תוספת של DIUMDIUMDIUMDIUMDUMDUMDS עם שיפור עצמי של שימוש חוזר של DIUMDIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM DIUM D

תוצאות חיפוש ב-Integrated Acceptrs

CMOS Electronics

אחד ההישגים האחרונים המשמעותיים ביותר הוא שילוב מונוליטי מלא של מעגלי מקלט אופטי עם CMOS לוגיקה מתקדמת.דורות קודמים מסתמכים בדרך כלל על חוט צ'יפס פוטוני נפרד, אשר הציגה אינדוקציות פרציטיות וביצועים מוגבלים.היום, מצאו כיבים מציעים רק רכיבי CMOS שניתן לצילום, הכוללים את מכשירי photonicated (הנחיות, זוג, ג'ר, גלאי, ג'יר), ו- 202 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ, לא ניתן להוכיח את רוחב פסים, 000 של שעון רגיל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 CMOS, 000 סיליקון, 000 CMOS, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 CMOS, 000, 000, 000 סיליקון, 000 CMOS, 000 CMOS, 000 CMOS, 000 מחסנים מאפשר ל-מחדש, 000 סיליקון, 000 מחסנים מאפשר סיליקון, 000 CMOS, 000 מחסנים מאפשר CMOS, 000 CMOS, 000 סיליקון, 000 CMOS, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 CMOS, 000 מחסנים, 000 סיליקון, 000

גרמנים-on-Silicon Detectors לדחוף 100 Gbps לערוץ

Germanium photodetectors הפך לסטנדרט עבור 100 Gbps לערוץ בשל שיפורים בצמיחה אפיטקסית ועיצוב המכשיר. על ידי הצגת שכבת סיליקון דק (SiGe) שכבת דירוג בין גל הסיליקון לבין קולטן גרפיטי הגלום הטהור, החוקרים הפחיתו את זרם כהה מתחת ל -100 nett תוך שמירה על תגובת של 0.85 AW ב -13 מ"מ"מ של מגב 2232x2 מ"מ עם קומפקטיות מלאות של טרה- 2, כאשר הוא פועל כעת עם טרה- 2 קומפקטיות מלאה של טרה- 2 קומפקטיות של קומפקטיות של קומפקטיות של קומפקטיות של קומפקטיות של קומפקטיות של 2.

מבנה פלאסמוני ל- Ultra-Compact Detection

גישה רדיקלית יותר למיניטוריזציה משתמשת בפלסטיקנים פני השטח - גלים חשמליים המוגבלים לממשקים מתכתיים - כדי להתרכז אור לתוך כרכים באורך תת-גל.פלאסמוניים photodetecators יכול להיות פקודות של גודל קטן יותר מאשר אלה קונבנציונליים, עם אזורים פעילים של רק כמה מאות ננומטרים.

אתגרים ב Scaling Down Optical Acceptrs

ניהול ארס

כמו מעגלי מקלט אופטיים מתכווץ ופועלים במהירויות גבוהות יותר, צפיפות החום הופכת לבעיה משמעותית.הפוטוקטור ו-TIA מתפזרים כוח באזור קטן מאוד - לעתים קרובות מתחת 0.01 מ"2 - שימוש במקומות חמים מקומיים שיכולים להפיג ביצועים ואמינות מסורתיים קירור פסיבי (חום, תרמי באמצעות) אינו מספיק עבור מעצבים משולבים בצפיפות.

קו-עיצוב חשמל-אופטימי

התלות הבין-לאומית של תחומים אופטיים וחשמליים פירושה כי מקלט לא ניתן לייעל על ידי התבוננות בפוטניקה ואלקטרוניקה בנפרד.ההה של photodetector, תגובת תדר, ורעש חייב להיות משולב עם שלב קלט של TIA באופן הדרגתי, את העיכוב של אותות חשמליים מהירים בין photodetector, TIA, ועיגולים דיגיטליים חייבים למזער את הגרסאות הממושכות של כדור הארץ דורשות מורכבות של עיצובית וגרסאות של מערכת העצבים.

אריזה ומבחן

בעוד שבב המקלט עצמו עשוי להיות קומפקטי, המודול הכולל חייב עדיין ממשק עם סיבים אופטיים, לייזרים ואספקת חשמל. סיבים-to-chip הפיכה יעילות מוגבלת לעתים קרובות על ידי התאמות: אי-השמדה מאוחרת של 1 μm יכול לגרום 1 dB הפסד או יותר. טכניקות אריזה מתקדמות כגון Garings ו- edgers עם עדשות משולבות שיפרו, אבל הם מוסיפים עלויות מהירות יותר, כמו ציוד אופטית סטנדרטית, כמו בדיקות אלקטרו-אופטיות, אשר תמיד בנויות.

יישומים ב-Miniaturized מכשירים

  • (FLT:0 סמארטפונים ולבושות: 1FIRECT 1) מכשירים עתידיים ישתמשו בחיבורים אופטיים להעברת נתונים במהירות גבוהה בין חיישנים, מעבדים, ומציגים. מקלט משולב התופס פחות מ- 0.1 מ"מ וצריכת 1 mW יכול להחליף כמה קישורים RF, המציעה שקיפות נמוכה ורוחב פס גבוה יותר עבור יישומים כמו מציאות מוגברת.
  • (FLT:0) Biomedical Implants:FLT:1 ; מקלט אופטי בלתי פתיר יכול לזהות אור המועבר דרך עור או ממקור חיצוני, המאפשר כוח אלחוטי ועברת נתונים עבור קוצרים, מקליטים עצביים ומערכות דיסליבריות סמים.מיניון הוא קריטי לשמור על שתלים קטנים ותואמים ביולוגית.
  • (FLT:0) וחיישנים חכמים: FLT:1ir) מקלטים אופטיים בעוצמה נמוכה הפועלים בספקטרום הקרוב-infrared ניתן להשתמש עבור LiDAR (Light Detection and Ranging) ברחפנים אוטונומיים ורובוטים. שבב מקלט אחד עם photoche photodiode יכול לזהות תשואה חלשה ממאות מטרים משם, ו המקלטים מרובים ניתן למערך עבור מיפוי 3D.
  • (FLT:0Data Center Optical Interconnects:FearLT:1) יישום נפח הגדול נותר קישורים אופטיים מהירים בתוך ובין מרכזי נתונים. מקלטים מינירויים מאפשרים צפיפות נמל גבוהה יותר על פני לוחות מתג, צמצום מספר כבלים סיביים ושיפור זרימת האוויר עבור קירור. 400 Gbps באמצעות ארבעה מקלטים פוטוניים סיליקון כבר בייצור, 1.6 ו-Tbps הם מפת דרכים.

תחזית עתיד

במבט קדימה, קצב החדשנות במעגלי מקלט אופטיים משולבים לא מראה סימנים להאטה.כמה טכנולוגיות מתפתחות יכולות לשנות באופן קיצוני את הנוף:

  • (FLT:0 Two-Dimensional Materials:FreaLT:1 Graphene, MoS2, ו זרחן שחור מציעים ניידות גבוהה מאוד ויכולת לזהות פוטונים בטווח רחב טווח גל רחב. גלאיים משולבים שנעשו מחומרים 2D הראו רוחב פס מעל 200 GHz בהגדרות מעבדה, ואת הטבע האטומי שלהם יכול לאפשר ערימה ישירות על גבי מעגלים CMOS רחב, אך ורקד ⁇ אמין, נשאר קשרים עם זאת, אודימיים.
  • (FLT:0)Quantum מקבלs:FLT:1eurs עבור תקשורת קוונטית ומחשוב, מקלטים חייבים לזהות תמונות בודדות עם יעילות כמעט מושלמת. Integrated Superconducting nanowire יחיד-פוטונים (SNSPDs) כבר הוכח על שבבי סיליקון, השגת יעילות מעל 90% באורכי גל טלקום.
  • (FLT:0) Advanced Modulation ו-DSP:FearLT:1) השימוש בתבניות מודולציה מסדר גבוה (למשל, 64-QAM, שלDM) ו עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) יכול להגביר את היעילות הקיבוצית ולהרגע דרישות רוחב פס הקדמיות. Coherents המשלבים לייזר oscillator מקומי, 90 ° היברידי, ומאוזן יכולות להגביר את יעילות עבור רכיבי שבבים מבוססי קודמומים.
  • (FLT:0)Plasmonic ו- Metasurface אינטגרציה: גלקסיות מטאפורה ו- plasmonic יכולות להעיף אור לתוך כרכים באורך גלימות, המאפשרים צילום מהיר אולטרה-גבוה עם נפח חומרי מינימלי.על ידי שילוב של metasurfaces עם גלאי גרמני או גרפן, החוקרים שואפים ליצור מקלטים שהם בעלי יכולת הפעלה אופטית ופעולה של ערוץ זה יכול במיוחד עבור רשתות אופטיות.
(FLT:0) "המקבל האופטי המשולב אינו מרכיב נישה; הוא הפך להיות מרכיב קריטי בביצוע כמעט בכל קישור נתונים מהיר.התכנסות של פוטוניקה עם CMOS מתקדם מאפשרת מעגלי מקלט מהירים, קטנים יותר, יותר ויעילים יותר מאי פעם" - ד"ר אלנה מינטי, חוקר מוביל בקבוצת הצילום של IMEC, I20SSIRFBA 1LT:1.

מסקנה

מעגלים אופטיים משולבים עברו התקדמות יוצאת דופן בעשור האחרון, מונעים על ידי הביקוש הבלתי פוסק לשיעורי נתונים גבוהים יותר וגורמים קטנים יותר של מוצרי אלקטרוניקה צרכנית, מכשירים ביו-רפואיים, ותקשורת נתונים.סיליקון פוטו-דמדומים, עיצוב מעגלים דלת-עוצמה, ושיתוף פעולה הדוק בין דיסציפלינות אופטיות ועיצוב אלקטרוניות יצרו מקלטים להשגת 100 Gbps לערוץ תוך פחות מ-0.5Jbit, כמו אינטגרציה, כמו גם חומרים אופטיים, אך ורקדבנים, כמו גם אינטגרטיביים, כמו גם אינטגרטיביים, כמו אינטגרטיביים, כמו , כמו אינטגרטיביים, כמו אינטגרטיביים, כמו אינטגרטיביים, כמו אינטגרטיביים, כמו אינטגרטיביים, אינטגרטיביים, אך ורק , אינטגרטיביים, , אינטגרטיביים, , אינטגרטיביים, , , , , , למערכות הדמיה , , למערכות הדמיה משולבת יותר, אך ורק , אינטגרטיביים יותר, אינטגרטיביים, אינטגרטיביים, אך מערכות הפעלה אופטיים, , אינטגרטיביים, אינטגרטיביים, אינטגרטיביים, אינטגרטיביים, אינטגר