เทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์

เทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์

เนื่องจากกระบวนการของชิปจะค่อยๆ หดตัวลง ผลกระทบต่างๆ ที่เกิดจากการเชื่อมต่อระหว่างชิปจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของชิป การเชื่อมต่อระหว่างชิปเป็นหนึ่งในปัญหาคอขวดทางเทคนิคในปัจจุบัน และเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิคอนอาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้ เทคโนโลยีโฟโตนิกซิลิคอนเป็นการสื่อสารด้วยแสงเทคโนโลยีที่ใช้ลำแสงเลเซอร์แทนสัญญาณเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ในการส่งข้อมูล เป็นเทคโนโลยีรุ่นใหม่ที่ใช้ซิลิกอนและวัสดุซับสเตรตที่ทำจากซิลิกอน และใช้กระบวนการ CMOS ที่มีอยู่เดิมอุปกรณ์ออปติคัลการพัฒนาและบูรณาการ ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดคือมีอัตราการส่งข้อมูลที่สูงมาก ซึ่งทำให้ความเร็วในการส่งข้อมูลระหว่างคอร์ประมวลผลเร็วขึ้น 100 เท่าหรือมากกว่า และประสิทธิภาพการใช้พลังงานก็สูงมากเช่นกัน จึงถือเป็นเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ยุคใหม่

ในอดีต ซิลิคอนโฟโตนิกส์ได้รับการพัฒนาบน SOI แต่เวเฟอร์ SOI มีราคาแพงและไม่จำเป็นต้องเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับฟังก์ชันโฟโตนิกส์ต่างๆ ในขณะเดียวกัน เมื่ออัตราข้อมูลเพิ่มขึ้น การมอดูเลตความเร็วสูงบนวัสดุซิลิคอนก็กลายเป็นปัญหาคอขวด ดังนั้นจึงมีการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ มากมาย เช่น ฟิล์ม LNO, InP, BTO, พอลิเมอร์ และวัสดุพลาสมา เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

ศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของซิลิคอนโฟโตนิกส์อยู่ที่การรวมฟังก์ชันต่างๆ ไว้ในแพ็คเกจเดียว และผลิตฟังก์ชันเหล่านั้นเกือบทั้งหมดหรือทั้งหมด เป็นส่วนหนึ่งของชิปตัวเดียวหรือชุดชิป โดยใช้โรงงานผลิตเดียวกับที่ใช้สร้างอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง (ดูรูปที่ 3) การทำเช่นนี้จะช่วยลดต้นทุนการส่งข้อมูลได้อย่างมากเส้นใยแก้วนำแสงและสร้างโอกาสสำหรับการประยุกต์ใช้ใหม่ๆ ที่หลากหลายในโฟโตนิกส์ช่วยให้สามารถสร้างระบบที่มีความซับซ้อนสูงได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำมาก

มีการประยุกต์ใช้งานมากมายสำหรับระบบโฟโตนิกส์ซิลิคอนที่ซับซ้อน ซึ่งที่พบมากที่สุดคือการสื่อสารข้อมูล ซึ่งรวมถึงการสื่อสารดิจิทัลแบนด์วิดท์สูงสำหรับการใช้งานระยะสั้น รูปแบบการมอดูเลตที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานระยะไกล และการสื่อสารแบบโคฮีเรนต์ นอกจากการสื่อสารข้อมูลแล้ว ยังมีการประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ ของเทคโนโลยีนี้อีกมากมายที่กำลังได้รับการสำรวจทั้งในภาคธุรกิจและภาควิชาการ การประยุกต์ใช้งานเหล่านี้ประกอบด้วย: นาโนโฟโตนิกส์ (กลศาสตร์ออปโตนาโน) และฟิสิกส์สสารควบแน่น การตรวจจับทางชีวภาพ ออปติกแบบไม่เชิงเส้น ระบบ LiDAR ไจโรสโคปแบบออปติคัล และ RF แบบบูรณาการออปโตอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุแบบบูรณาการ, การสื่อสารแบบสอดคล้อง, ใหม่แหล่งกำเนิดแสง, การลดสัญญาณรบกวนด้วยเลเซอร์, เซ็นเซอร์ก๊าซ, โฟโตนิกส์แบบบูรณาการความยาวคลื่นยาวมาก, การประมวลผลสัญญาณความเร็วสูงและไมโครเวฟ เป็นต้น สาขาที่มีแนวโน้มเป็นพิเศษ ได้แก่ การตรวจจับทางชีวภาพ, การถ่ายภาพ, ไลดาร์, การตรวจจับเฉื่อย, วงจรรวมโฟโตนิกส์ไฮบริด-ความถี่วิทยุ (RFics) และการประมวลผลสัญญาณ