Photonique sur silicium : combler le fossé en matière d'interconnexions de puces

À mesure que les processus de fabrication des puces continuent de se réduire, l’impact des interconnexions sur les performances des puces devient de plus en plus important. Les interconnexions agissent comme des « rues » et des « autoroutes » internes au sein des dispositifs microélectroniques, reliant des composants tels que des transistors, des résistances et des condensateurs. À mesure que les puces deviennent plus petites, les interconnexions doivent devenir plus fines, mais cette réduction de l’espacement peut entraîner des effets parasites affectant les performances des circuits. Les matériaux d’interconnexion courants, tels que l’aluminium, le cuivre et les nanotubes de carbone, sont confrontés à des limitations physiques. Cependant, la photonique sur silicium offre une solution.

La photonique sur silicium exploite le silicium comme support optique, en utilisant des faisceaux laser au lieu de signaux électroniques semi-conducteurs pour la transmission de données. Il s'agit d'une technologie de nouvelle génération basée sur des substrats de silicium et de silicium sur isolant (SOI), intégrés à l'aide de processus CMOS existants. Le principal avantage réside dans ses taux de transmission élevés, permettant le transfert de données entre les cœurs de processeur à des vitesses jusqu'à 100 fois plus rapides que les interconnexions électroniques traditionnelles. De plus, la photonique sur silicium atteint un excellent rendement énergétique, ce qui en fait une technologie de semi-conducteurs prometteuse.

Historiquement, la photonique sur silicium s'est développée sur des plaquettes SOI, mais leur coût élevé et leurs limites pour diverses fonctions photoniques ont incité à l'exploration de matériaux alternatifs. Les chercheurs ont désormais développé de nouveaux matériaux tels que les films LNO, l'InP, le BTO, les polymères et les matériaux plasma pour atteindre des performances encore plus élevées. La photonique sur silicium est très prometteuse pour relever les défis d’interconnexion et faire progresser la technologie des semi-conducteurs.

La photonique sur silicium, l'étude et l'application de systèmes photoniques utilisant le silicium comme support optique, est devenue une technologie courante portée par les progrès des communications optiques. Malgré l'intuition initiale selon laquelle les processus de fabrication électronique ne pouvaient pas intégrer directement la photonique, les développements récents ont défié cette notion. Voyons pourquoi nous avons la chance que ces capacités puissent désormais être exploitées pour la photonique.

En réalité, la réutilisation directe n’est pas simple. Les tentatives visant à intégrer la fonctionnalité photonique dans les tranches de silicium CMOS ou bipolaires existantes sans modifications du processus ont abouti à des dispositifs sous-performants. Les processus électroniques sont adaptés à la fabrication de produits électroniques, ce qui les rend peu adaptés aux produits photoniques concurrents. Même si cela est réalisable, la viabilité économique est discutable. Les puces photoniques au silicium nécessitent des capacités de traitement relativement primitives (environ 90 nanomètres), par rapport à la microélectronique avancée (telle que 16 nanomètres). Tenter de construire des systèmes photoniques à l’aide d’outils microélectroniques de pointe serait à la fois peu pratique et économiquement non prouvé. Il n’y a aucune raison de s’attendre à ce que les processus intégrés conçus pour les circuits électroniques s’alignent parfaitement avec les composants manipulant la lumière.

Au cours de la dernière décennie, le silicium s’est révélé être un excellent matériau non seulement pour les appareils électroniques mais également pour les composants photoniques. Plus étonnant encore, la communauté photonique sur silicium a développé des processus permettant de réutiliser l’infrastructure de fabrication CMOS pour construire des circuits photoniques complexes. Bien que le processus intégré complet de fabrication des transistors ne soit pas directement réutilisé, les étapes modulaires peuvent être réorganisées et réutilisées pour la photonique sur silicium. Plusieurs organisations ont démontré la faisabilité de cette approche. Ils exploitent les matériaux et les techniques développés au cours des 50 dernières années dans le domaine de la microélectronique sur silicium pour construire des dispositifs et des circuits photoniques. Ce qui est remarquable, c'est que de nombreux efforts ne se contentent pas d'utiliser des équipements similaires dans des installations distinctes ; ils utilisent les mêmes outils et installations que ceux utilisés pour construire des transistors CMOS conventionnels. Cependant, travailler au sein de ces installations s'accompagne de contraintes importantes : les matériaux non vérifiés incompatibles avec les processus CMOS sont interdits et la conception des circuits doit éviter d'endommager ou de contaminer les outils. Dans les installations de fabrication plus avancées compatibles CMOS, les jeux de masques et les coûts de développement des processus peuvent être prohibitifs, en particulier pour les processus de pointe.

Malgré ces défis, les investissements massifs dans la construction d’usines CMOS modernes peuvent désormais bénéficier directement à la photonique sur silicium. Cela ouvre une voie immédiatement disponible et commercialement viable pour une production à grande échelle. En partageant une infrastructure mature de l'industrie des semi-conducteurs, la photonique sur silicium devient progressivement le pont essentiel reliant les futures applications de communication de données, de calcul et de détection à haut débit.

L'évolution de la photonique sur silicium

La photonique sur silicium est une technologie qui exploite le silicium comme support optique pour créer des systèmes photoniques. Son histoire remonte à la fin des années 1980 et au début des années 1990, avec plusieurs arrêts et départs en cours de route. Cependant, il apparaît désormais comme un domaine de premier plan doté d’un potentiel important.

Dans les systèmes de communication traditionnels, différents matériaux sont utilisés pour différents composants. Ces puces contiennent souvent un mélange de matériaux, tels que des CMOS RF ou des processus bipolaires pour les appareils électroniques à large bande (par exemple, les sérialiseurs et les désérialiseurs), des CMOS ou FPGA à grande échelle pour les composants numériques (par exemple, les circuits de contrôle), des guides d'ondes diffusés à base de verre pour les composants passifs. éléments, niobate de lithium (LiNbO₃) pour les modulateurs, phosphure d'indium (InP) pour les lasers, germanium (Ge) pour les photodétecteurs et commutateurs basés sur MEMS. Chaque système de matériaux est choisi pour optimiser les performances d'un type d'appareil spécifique.

Cependant, les processus de fabrication spécialisés pour chaque composant entraînent de faibles rendements et des coûts élevés. Les dispositifs photoniques sont souvent produits en petites quantités à l’aide d’équipements de fabrication dédiés, ce qui les rend coûteux par rapport à la production électronique à grande échelle. Bien que les composants photoniques discrets puissent être interfacés à l'aide de fibres optiques et de connecteurs standards, les pertes de coût et de rendement proviennent principalement des processus de conditionnement photonique. Ces processus nécessitent un alignement précis (impliquant souvent un alignement sur 5 ou 6 axes) à des niveaux inférieurs au micromètre et parfois un scellement hermétique ou même un placage à l'or.

L’immense potentiel de la photonique sur silicium réside dans l’intégration de plusieurs fonctionnalités dans un seul package. En utilisant les mêmes installations de fabrication que la microélectronique avancée, il devient possible de créer des puces hybrides ou des empilements de puces où coexistent des composants optiques et électroniques. Cette intégration fondamentale réduit considérablement le coût de transmission des données via les fibres optiques. De plus, cela ouvre des opportunités pour de nouvelles applications, permettant la construction de systèmes complexes à un coût raisonnable.

La lumière est couplée au circuit photonique via des lasers sur puce ou des fibres optiques verticales, qui modulent ensuite la lumière. La lumière modulée est convertie par des photodétecteurs et inversée à l'aide de circuits complémentaires CMOS. Les circuits électroniques photoniques au silicium prennent désormais en charge des systèmes composés de centaines, voire de milliers de composants de ce type.

Applications

Les systèmes photoniques complexes sur silicium trouvent de nombreuses applications, la communication de données étant la plus courante. Cela inclut une communication numérique à large bande passante pour les applications à courte distance, des schémas de modulation sophistiqués pour les applications longue distance et une communication cohérente. Au-delà de la communication de données, l’industrie et le monde universitaire explorent un large éventail de nouvelles applications pour cette technologie. Ces applications comprennent la nano-optomécanique et la physique de la matière condensée, la biodétection, l'optique non linéaire, les systèmes radar laser, les gyroscopes optiques, l'optoélectronique intégrée RF, les émetteurs-récepteurs radio intégrés, la communication cohérente, les nouvelles sources lumineuses, la réduction du bruit laser, les capteurs de gaz, les capteurs intégrés à très longue longueur d'onde. photonique, traitement des signaux à grande vitesse et micro-ondes, entre autres. Les domaines particulièrement prometteurs comprennent la biodétection, l’imagerie, le radar laser, la détection inertielle, les circuits intégrés hybrides photonique-RF (RFIC) et le traitement du signal.

Communication de données

Parmi les différentes catégories de dispositifs photoniques, les composants photoniques au silicium rivalisent avantageusement avec leurs homologues. L’un des efforts les plus transformateurs dans le domaine de la communication optique est la création de plates-formes intégrées intégrant des modulateurs, des détecteurs, des guides d’ondes et d’autres composants sur la même puce, leur permettant de communiquer entre eux. Dans certains cas, des transistors sont également inclus dans ces plates-formes, permettant d'intégrer l'amplification, la sérialisation et la rétroaction sur la même puce. En raison du coût de développement de tels processus, cette initiative cible principalement les applications de communication de données point à point. De plus, en raison du coût de développement des processus de fabrication des transistors, le consensus émergent dans ce domaine est que, du point de vue des performances et des coûts, il est plus significatif d'intégrer des dispositifs électroniques en utilisant des techniques de liaison au niveau de la tranche ou de la puce dans un avenir prévisible.

La capacité de créer des puces capables d’effectuer des calculs à l’aide d’appareils électroniques et d’effectuer des communications optiques revêt une valeur significative. La plupart des premières applications de la photonique sur silicium concernent la communication de données numériques. Ceci est dû aux différences physiques fondamentales entre les électrons (fermions) et les photons (bosons). Les électrons sont bien adaptés au calcul car deux d’entre eux ne peuvent pas occuper simultanément le même emplacement. Cette forte interaction mutuelle entre les électrons permet la construction de dispositifs de commutation non linéaires à grande échelle : les transistors.

Les photons présentent des propriétés différentes : de nombreux photons peuvent coexister simultanément au même endroit et, dans des conditions très particulières, ils n’interfèrent pas les uns avec les autres. C’est pourquoi il est possible de transmettre des milliards de bits de données par seconde via une seule fibre optique : cela n’est pas possible en créant un seul flux de données à bande passante d’un billion de bits.

Dans de nombreuses régions du monde, la fibre jusqu'au domicile (FTTH) est le paradigme d'accès dominant, même si aux États-Unis, il n'a pas encore fait ses preuves en raison de la concurrence du DSL et d'autres technologies. Alors que la demande de bande passante continue de croître, le besoin d’une transmission de données plus efficace via les fibres optiques ne cesse de croître. Une tendance répandue sur le marché de la communication de données est qu'à mesure que les distances se raccourcissent, le prix unitaire diminue fortement tandis que la quantité augmente. Il n’est pas surprenant que les efforts commerciaux dans le domaine de la photonique sur silicium se soient largement concentrés sur les applications haute capacité et à courte distance, ciblant les centres de données et le calcul haute performance. Les applications futures incluront des connexions carte à carte et à courte distance à l'échelle USB, et éventuellement, peut-être même une communication cœur à cœur au sein des processeurs, bien que cette dernière reste spéculative pour les applications cœur à cœur sur puce. Bien que la photonique sur silicium n’ait pas encore atteint l’échelle de l’industrie CMOS, elle est déjà devenue un domaine important.

Guides d'ondes et composants passifs

Dans les systèmes compatibles avec le silicium, diverses géométries de guides d'ondes ont été développées. Presque tous les matériaux transparents ayant des indices de réfraction supérieurs à ceux du verre peuvent être déposés sur des substrats en dioxyde de silicium pour former des guides d'ondes. Cependant, pour parvenir à une compatibilité avec les processus CMOS, l'industrie a convergé vers plusieurs formes géométriques. Le plus courant est le guide d’ondes à haute consistance fabriqué à partir de la couche active du dispositif constituée de tranches de silicium sur isolant (SOI). Ce type de guide d'ondes peut être entièrement gravé jusqu'à la couche d'oxyde inférieure ou partiellement gravé (en utilisant des processus chronométrés).

Réduire les pertes dans ces guides d’ondes submicroniques à des niveaux acceptables a nécessité des années d’efforts. La forte interaction entre le champ optique et les parois latérales entraîne des pertes importantes dues à la rugosité de la surface. Les pertes de propagation peuvent être minimisées en optimisant le processus pour lisser les parois latérales ou en ajustant la géométrie du guide d'ondes pour réduire l'intensité du champ modal des parois latérales. D'autres composants passifs critiques, tels que les coupleurs de réseaux, les réseaux de Bragg distribués, les croisements de guides d'ondes et les réseaux de guides d'ondes en réseau (AWG), ont également démontré de très faibles pertes dans chaque cas. Récemment, des guides d'ondes compatibles CMOS formés lors du processus de fin de ligne utilisant du nitrure de silicium ont vu le jour. Ces guides d'ondes présentent de très faibles pertes (< 0.1 dB/m), mais leur compatibilité avec les dispositifs actifs front-end reste une question ouverte en raison de la croissance à haute température requise. Des progrès significatifs ont notamment été réalisés dans le domaine des guides d’ondes en silicium à faibles pertes. Cependant, la fabrication de modulateurs et de détecteurs haute vitesse compatibles sur ces plates-formes présente des défis considérables, ce qui rend l'intégration à grande échelle moins optimiste. L’un des défis auxquels est confrontée la technologie photonique sur silicium est le couplage optique entre les puces et les fibres optiques, qui nécessite des méthodes de conditionnement rentables.

Ceci est généralement réalisé à l'aide de coupleurs de bord ou de coupleurs de réseau, comme le montre la figure. Il a été prouvé que les deux méthodes entraînent des pertes inférieures à 1 dB par interface. La gestion de la polarisation constitue également un défi, car les guides d'ondes photoniques en silicium présentent par nature une forte biréfringence, ce qui signifie que les constantes de propagation pour deux polarisations différentes de la lumière dans le guide d'ondes sont différentes. Une pratique courante consiste à construire des circuits utilisant une seule polarisation et à reproduire ces circuits lorsque les deux polarisations sont nécessaires. Cette approche, connue sous le nom de diversité de polarisation, exploite les avantages des coupleurs de réseaux à division de polarisation, des séparateurs de polarisation, des rotateurs de polarisation ou d'autres composants associés. D'autres méthodes ont exploré l'utilisation de guides d'ondes rectangulaires pour atténuer la biréfringence, mais ces approches imposent des contraintes de conception importantes.

Modulator

La réalisation de la modulation dans le silicium se fait généralement grâce à l'effet de dispersion du plasma, où les changements dans la densité des porteurs libres provoquent des variations de l'indice de réfraction et modulent la lumière. Plusieurs mécanismes différents pour manipuler la densité des porteurs libres ont été implémentés dans les dispositifs monopuce. Parmi ceux-ci, les dispositifs en mode d'épuisement de porteuse basés sur des jonctions PN à polarisation inverse sont largement utilisés pour un fonctionnement à grande vitesse.

Depuis que l'équipe d'Intel a démontré pour la première fois les modulateurs en silicium GHz, les mesures de performances des modulateurs se sont considérablement améliorées. La structure de l'interféromètre Mach-Zehnder (MZI) est couramment utilisée pour la modulation d'amplitude. La figure ci-dessous montre un exemple de modulateur MZI.

Les structures résonantes peuvent être utilisées pour réduire considérablement la taille du dispositif et réduire encore davantage la consommation d'énergie, bien que cela réduise considérablement la fenêtre de longueur d'onde de fonctionnement et augmente la sensibilité thermique. Les modulateurs en anneau à grande vitesse ont démontré un fonctionnement jusqu'à 40 Gbit/s et possèdent des capacités de réglage thermique. La figure illustre un exemple de modulateur en anneau. Les développements récents incluent la suppression de la limitation de la durée de vie des photons de la cavité grâce à une modulation couplée et l'utilisation de modulateurs en anneau pour construire des émetteurs à multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM).

Outre les solutions en silicium pur, d’autres matériaux peuvent également être intégrés sur les plateformes Si. Par exemple, des modulateurs d'électro-absorption efficaces peuvent être construits en liant des matériaux III/V ou en faisant croître par épitaxie du germanium ou en encapsulant du graphène. Des polymères électro-optiques actifs issus du génie chimique ont également été introduits dans des guides d'ondes à fentes et des cristaux photoniques sur des plates-formes en Si pour créer des déphaseurs efficaces. L'intégration de nouveaux matériaux avec du silicium, que ce soit par le biais d'un post-traitement ou de diverses méthodes de conditionnement pour adapter de nouveaux matériaux aux fonderies CMOS, apparaît comme un sous-domaine actif au sein de la photonique sur silicium. Ces méthodes impliquent généralement des processus de fabrication complexes et peuvent être limitées à des applications spécialisées avec des exigences haut de gamme très spécifiques.

Photodétecteurs

Il est nécessaire d'intégrer des matériaux avec des bandes interdites plus étroites que le Si comme milieu de détection (absorption) dans la plage de longueurs d'onde de travail des puces photoniques au silicium. Le germanium (Ge) peut être cultivé par épitaxie et absorbe la lumière aux longueurs d'onde de communication. Bien que cela soit essentiel pour la compatibilité avec l'infrastructure standard, cela n'est pas strictement nécessaire pour les applications à courte distance où les deux extrémités de la liaison peuvent être définies sans respecter les normes d'interopérabilité. Des matériaux de liaison III-V ont également été utilisés pour la photodétection. Ces matériaux sont étroitement intégrés ou directement connectés à proximité de guides d'ondes Si, permettant à la lumière guidée de pénétrer dans le photodétecteur par couplage évanescent ou à facettes, et le photodétecteur peut avoir une petite section transversale pour réduire la capacité du dispositif et améliorer la vitesse.

Le dernier niveau technologique pour les photodétecteurs Ge, configurés en photodiodes, atteint une bande passante de 120 GHz et une réactivité de 0.8 A/W. A une fréquence de 20 GHz, pour une longueur d'onde de 1550 nm, une réactivité de 1.05 A/W a été démontrée, équivalente à 84 % d'efficacité quantique. La figure 7 montre un exemple de photodétecteur au germanium. Dans les dispositifs photodétecteurs estimés avoir une efficacité quantique de 90 % et une bande passante de 40 GHz, une capacité photodétecteur extrêmement faible de 2.4 fF a été atteinte.

L’un des principaux défis des plates-formes photoniques sur silicium est le manque de sources de lumière sur puce. Actuellement, la génération de puces photoniques au silicium repose sur un couplage laser externe. Bien que les coupleurs de bord et les coupleurs de réseau aient amélioré l'efficacité du couplage, l'absence de sources lumineuses sur la puce limite les applications potentielles de ces puces.

Pour résoudre le problème de la source lumineuse, plusieurs techniques ont été proposées, dont je vais brièvement parler ici. Les lasers hybrides au silicium ont été développés en transférant des matériaux III-V sur des tranches de silicium par liaison et croissance épitaxiale. Cependant, ces techniques sont confrontées à des limites dues à l'incompatibilité des matériaux III-V avec les processus CMOS standards, ainsi qu'au coût élevé et au faible rendement de liaison, ainsi qu'aux petites tailles de tranches III/V disponibles. Le Ge (germanium), malgré son efficacité d'émission lumineuse limitée en raison de sa bande interdite indirecte, a été proposé comme milieu de gain compatible CMOS. La petite différence (134 meV) entre les bandes interdites indirectes et directes peut être surmontée grâce à l'ingénierie des contraintes et à un dopage important de type N. Des lasers à commande électrique utilisant Ge comme milieu de gain ont été validés sur Si.

Actuellement, tous les produits du marché adoptent des méthodes plus conventionnelles. Ces méthodes incluent des sources de lumière non intégrées aux puces connectées via des fibres optiques à des puces de silicium et des lasers intégrés dans le même boîtier que les puces photoniques en silicium. Ces techniques d'intégration, issues du domaine des MEMS, s'appuient sur une technologie de micro-packaging, à la fois rentable et très mature.

Méthodes d'intégration photonique-électronique

L'intégration de la photonique et de l'électronique constitue une étape cruciale dans l'amélioration des capacités des systèmes de traitement de l'information. Il permet des taux de transmission de données plus rapides, une consommation d'énergie réduite et des conceptions d'appareils plus compactes, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités significatives pour la conception de systèmes. Les méthodes d'intégration se répartissent généralement en deux catégories : l'intégration monopuce et l'intégration multipuce.

Intégration sur puce unique : l'intégration sur puce unique implique la fabrication de composants photoniques et électroniques sur le même substrat, généralement en utilisant des matériaux et des processus compatibles. Cette approche vise principalement à créer des interfaces transparentes entre la lumière et l’électricité au sein d’une seule puce.

Avantages:

Pertes d'interconnexion réduites : le rapprochement des composants photoniques et électroniques minimise les pertes de signal associées aux connexions de puces externes.

Performances améliorées : une intégration plus étroite conduit à des vitesses de transmission de données plus rapides, car des chemins de signal plus courts réduisent la latence.

Encombrement réduit : l'intégration d'une seule puce permet des appareils très compacts, particulièrement avantageux pour les applications à espace limité comme les centres de données ou les appareils portables.

Consommation d'énergie réduite : l'élimination du besoin d'emballages séparés et d'interconnexions longue distance réduit considérablement les besoins en énergie.

Défis:

Compatibilité des matériaux : trouver des matériaux prenant en charge à la fois des fonctionnalités électroniques et photoniques de haute qualité peut s'avérer difficile, car ils nécessitent souvent des propriétés différentes.

Compatibilité des processus : L'intégration de divers processus de fabrication pour l'électronique et la photonique sur le même substrat sans compromettre les performances d'un composant est une tâche complexe.

Fabrication complexe : la haute précision requise pour les structures électroniques et photoniques ajoute de la complexité et des coûts aux processus de fabrication.

Intégration multi-puces

Cette approche permet une plus grande flexibilité dans la sélection des matériaux et des processus pour chaque fonction. Dans l'intégration multipuce, les composants électroniques et photoniques proviennent de processus différents et sont ensuite assemblés ensemble, placés sur un boîtier ou un substrat commun. Explorons maintenant les méthodes de liaison utilisées entre puces optoélectroniques :

Collage direct : cette technique implique un contact physique direct et le collage de deux surfaces planes, généralement facilité par les forces de liaison moléculaires, la chaleur et la pression. Elle offre simplicité et connexions potentiellement à très faible perte, mais nécessite un alignement précis et des surfaces propres.

Couplage fibre/réseau : dans ce schéma, les fibres optiques ou les réseaux de fibres sont alignés et liés aux bords ou aux surfaces des puces photoniques, permettant à la lumière d'être couplée à l'intérieur et à l'extérieur de la puce. Les réseaux peuvent également être utilisés pour le couplage vertical, améliorant ainsi la transmission de la lumière entre la puce photonique et les fibres externes.

Silicon Through Vias (TSV) et Microbumps : les TSV permettent des interconnexions verticales à travers le substrat de silicium, permettant ainsi d'empiler les puces en trois dimensions. Combinés à des microbosses, ils facilitent les connexions électriques entre les puces électroniques et photoniques dans des configurations empilées, adaptées à une intégration haute densité.

Interposeur optique : un interposeur optique est un substrat indépendant contenant des guides d'ondes optiques, servant d'intermédiaire pour acheminer les signaux lumineux entre les puces. Il permet un alignement précis et peut intégrer des composants optiques passifs supplémentaires, améliorant ainsi la flexibilité de connexion.

Liaison hybride : cette technique de liaison avancée combine la technologie de liaison directe et de microbump pour obtenir des connexions électriques haute densité entre les puces et les interfaces optiques de haute qualité. Il est prometteur pour une co-intégration optoélectronique haute performance.

Liaison par bosses de soudure : Semblable à la liaison par puce retournée, les bosses de soudure sont utilisées pour créer des connexions électriques. Cependant, dans le contexte de l'intégration optoélectronique, des précautions particulières doivent être prises pour éviter les dommages causés par la chaleur aux composants photoniques et maintenir l'alignement optique.

Les avantages de ces méthodes sont importants. À mesure que le monde CMOS continue de suivre les améliorations de la loi de Moore, il sera possible d'adapter rapidement chaque génération de CMOS ou Bi-CMOS à une puce photonique en silicium peu coûteuse, bénéficiant ainsi des avantages de processus optimaux pour la photonique et l'électronique. Étant donné que la photonique ne nécessite généralement pas la fabrication de structures extrêmement petites (les dimensions critiques typiques sont d'environ 100 nanomètres) et que les dispositifs sont beaucoup plus grands que les transistors, les considérations économiques favoriseront la fabrication séparée des dispositifs photoniques dans le cadre d'un processus dédié, découplé de toute électronique avancée. requis pour le produit final.

Avantages:

Flexibilité : utilisation indépendante de différents matériaux et processus pour obtenir des performances optimales pour les composants électroniques et photoniques.

Maturité des processus : tirer parti de processus de fabrication matures pour chaque composant peut simplifier la production et réduire les coûts.

Mises à niveau et maintenance plus faciles : la séparation des composants permet un remplacement ou une mise à niveau plus facile de pièces individuelles sans affecter l'ensemble du système.

Défis:

Perte d'interconnexion : les connexions de puces externes introduisent une perte de signal supplémentaire, nécessitant potentiellement des procédures d'alignement complexes.

Complexité et taille accrues : des composants séparés nécessitent un emballage et des interconnexions supplémentaires, ce qui entraîne des dimensions plus grandes et des coûts potentiellement plus élevés.

Consommation d'énergie plus élevée : des chemins de signal plus longs et un boîtier supplémentaire peuvent augmenter les besoins en énergie par rapport à l'intégration d'une seule puce.

Pour aller plus loin

Le choix entre l'intégration monopuce et l'intégration multipuce dépend des exigences spécifiques de l'application, notamment des objectifs de performances, des contraintes de taille, des considérations de coût et de la maturité technologique. Bien que plus complexe à fabriquer, l'intégration monopuce est avantageuse pour les applications exigeant une miniaturisation extrême, une faible consommation et un transfert de données à grande vitesse. À l'inverse, l'intégration multipuce offre une plus grande flexibilité de conception et exploite les capacités de fabrication existantes, ce qui la rend adaptée aux applications où ces facteurs l'emportent sur les avantages d'une intégration plus étroite. Les recherches en cours explorent des approches hybrides qui combinent des éléments des deux stratégies pour optimiser les performances du système tout en atténuant les défis associés à chaque méthode.