เนื่องจากกระบวนการผลิตชิปจะเล็กลงเรื่อยๆ ผลกระทบต่างๆ ที่เกิดจากการเชื่อมต่อจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของชิป การเชื่อมต่อชิปเป็นหนึ่งในปัญหาคอขวดทางเทคนิคในปัจจุบัน และเทคโนโลยีอิเล็กโทรออปติกส์บนพื้นฐานซิลิคอนอาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้ เทคโนโลยีโฟโตนิกส์บนซิลิคอนเป็น...การสื่อสารด้วยแสงเทคโนโลยีที่ใช้ลำแสงเลเซอร์แทนสัญญาณเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ในการส่งข้อมูล เป็นเทคโนโลยีรุ่นใหม่ที่ใช้ซิลิคอนและวัสดุพื้นผิวที่ทำจากซิลิคอน และใช้กระบวนการ CMOS ที่มีอยู่เดิมอุปกรณ์ออปติคอลการพัฒนาและการบูรณาการ ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดคือมีอัตราการส่งข้อมูลสูงมาก ซึ่งสามารถทำให้ความเร็วในการส่งข้อมูลระหว่างแกนประมวลผลเร็วขึ้น 100 เท่าหรือมากกว่านั้น และประสิทธิภาพการใช้พลังงานก็สูงมากเช่นกัน ดังนั้นจึงถือว่าเป็นเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์รุ่นใหม่
ในอดีต การพัฒนาโฟโตนิกส์บนซิลิคอนนั้นทำบนแผ่นเวเฟอร์ SOI แต่แผ่นเวเฟอร์ SOI มีราคาแพงและไม่ใช่วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับฟังก์ชันโฟโตนิกส์ทุกประเภท ในขณะเดียวกัน เมื่ออัตราการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้น การมอดูเลชั่นความเร็วสูงบนวัสดุซิลิคอนกำลังกลายเป็นคอขวด ดังนั้นจึงมีการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ หลากหลายชนิด เช่น ฟิล์ม LNO, InP, BTO, โพลิเมอร์ และวัสดุพลาสมา เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
ศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของซิลิคอนโฟโตนิกส์อยู่ที่การรวมฟังก์ชันหลายอย่างเข้าไว้ในแพ็คเกจเดียว และการผลิตฟังก์ชันส่วนใหญ่หรือทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของชิปเดียวหรือกลุ่มชิป โดยใช้โรงงานผลิตเดียวกันกับที่ใช้ในการสร้างอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง (ดูรูปที่ 3) การทำเช่นนี้จะช่วยลดต้นทุนการส่งข้อมูลลงอย่างมากใยแก้วนำแสงและสร้างโอกาสสำหรับการประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ ที่ล้ำสมัยหลากหลายรูปแบบในโฟโตนิกส์ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างระบบที่ซับซ้อนสูงได้ในต้นทุนที่ต่ำมาก
ระบบโฟโตนิกส์ซิลิคอนที่ซับซ้อนกำลังถูกนำไปประยุกต์ใช้ในหลายด้าน โดยด้านที่พบได้บ่อยที่สุดคือการสื่อสารข้อมูล ซึ่งรวมถึงการสื่อสารดิจิทัลที่มีแบนด์วิดท์สูงสำหรับการใช้งานระยะสั้น รูปแบบการมอดูเลชั่นที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานระยะไกล และการสื่อสารแบบโคฮีเรนต์ นอกจากด้านการสื่อสารข้อมูลแล้ว ยังมีการสำรวจการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ในด้านใหม่ๆ อีกมากมายทั้งในภาคธุรกิจและภาควิชาการ การประยุกต์ใช้เหล่านี้ได้แก่ นาโนโฟโตนิกส์ (นาโนออปโตเมคานิกส์) และฟิสิกส์สสารควบแน่น การตรวจจับทางชีวภาพ ทัศนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้น ระบบ LiDAR ไจโรสโคปแบบออปติคอล และการรวม RFออปโตอิเล็กทรอนิกส์เครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุแบบบูรณาการ, การสื่อสารแบบโคฮีเรนต์, ใหม่แหล่งกำเนิดแสงรวมถึงการลดสัญญาณรบกวนจากเลเซอร์ เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซ โฟโตนิกส์แบบบูรณาการความยาวคลื่นยาวมาก การประมวลผลสัญญาณความเร็วสูงและไมโครเวฟ เป็นต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านที่มีแนวโน้มที่ดี ได้แก่ การตรวจจับทางชีวภาพ การถ่ายภาพ ไลดาร์ การตรวจจับความเฉื่อย วงจรแบบบูรณาการโฟโตนิกส์-คลื่นความถี่วิทยุ (RFics) และการประมวลผลสัญญาณ
วันที่เผยแพร่: 2 กรกฎาคม 2567