เทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอน

เทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอน

เนื่องจากกระบวนการของชิปจะค่อยๆ หดตัวลง ผลกระทบต่างๆ ที่เกิดจากการเชื่อมต่อระหว่างชิปจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของชิป การเชื่อมต่อระหว่างชิปถือเป็นคอขวดทางเทคนิคอย่างหนึ่งในปัจจุบัน และเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิกอนอาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้ เทคโนโลยีโฟโตนิกซิลิกอนเป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงการสื่อสารด้วยแสงเทคโนโลยีที่ใช้ลำแสงเลเซอร์แทนสัญญาณเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ในการส่งข้อมูล เป็นเทคโนโลยีรุ่นใหม่ที่ใช้ซิลิกอนและวัสดุพื้นผิวที่เป็นซิลิกอน และใช้กระบวนการ CMOS ที่มีอยู่อุปกรณ์ออปติคอลการพัฒนาและการบูรณาการ ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดคือมีอัตราการส่งข้อมูลที่สูงมากซึ่งสามารถทำให้ความเร็วในการส่งข้อมูลระหว่างคอร์โปรเซสเซอร์เร็วขึ้น 100 เท่าหรือมากกว่า และประสิทธิภาพการใช้พลังงานยังสูงมาก จึงถือเป็นเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์รุ่นใหม่

ในอดีต โฟโตนิกส์ซิลิคอนได้รับการพัฒนาบน SOI แต่เวเฟอร์ SOI มีราคาแพงและไม่จำเป็นต้องเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับฟังก์ชันโฟโตนิกส์ที่แตกต่างกันทั้งหมด ในเวลาเดียวกัน เมื่ออัตราข้อมูลเพิ่มขึ้น การมอดูเลตความเร็วสูงบนวัสดุซิลิคอนก็กลายเป็นคอขวด ดังนั้นจึงมีการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ มากมาย เช่น ฟิล์ม LNO, InP, BTO, โพลิเมอร์ และวัสดุพลาสมา เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

ศักยภาพที่ยิ่งใหญ่ของโฟโตนิกส์ซิลิคอนอยู่ที่การรวมฟังก์ชันต่างๆ เข้าไว้ในแพ็คเกจเดียวและผลิตส่วนใหญ่หรือทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของชิปตัวเดียวหรือชุดชิปโดยใช้สิ่งอำนวยความสะดวกในการผลิตแบบเดียวกับที่ใช้สร้างอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง (ดูรูปที่ 3) การทำเช่นนี้จะช่วยลดต้นทุนในการส่งข้อมูลได้อย่างมากเส้นใยแก้วนำแสงและสร้างโอกาสให้กับแอปพลิเคชันใหม่ๆ ที่หลากหลายและล้ำสมัยในโฟโตนิกส์ช่วยให้สามารถสร้างระบบที่มีความซับซ้อนสูงได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำมาก

มีการใช้งานมากมายสำหรับระบบโฟโตนิกส์ซิลิคอนที่ซับซ้อน ซึ่งการใช้งานที่พบบ่อยที่สุดคือการสื่อสารข้อมูล ซึ่งรวมถึงการสื่อสารดิจิทัลแบนด์วิดท์สูงสำหรับแอปพลิเคชันระยะสั้น แผนการมอดูเลตที่ซับซ้อนสำหรับแอปพลิเคชันระยะไกล และการสื่อสารที่สอดคล้องกัน นอกเหนือจากการสื่อสารข้อมูลแล้ว ยังมีการสำรวจการใช้งานใหม่ๆ จำนวนมากของเทคโนโลยีนี้ทั้งในธุรกิจและสถาบันการศึกษา การใช้งานเหล่านี้ได้แก่ นาโนโฟโตนิกส์ (นาโนออปโตเมคานิกส์) และฟิสิกส์ของสสารควบแน่น การตรวจจับทางชีวภาพ ออปติกแบบไม่เชิงเส้น ระบบ LiDAR ไจโรสโคปแบบออปติก RF แบบบูรณาการออปโตอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุแบบบูรณาการ, การสื่อสารแบบสอดคล้อง, ใหม่แหล่งกำเนิดแสง, การลดสัญญาณรบกวนด้วยเลเซอร์ เซ็นเซอร์แก๊ส โฟโตนิกส์แบบรวมความยาวคลื่นยาวมาก การประมวลผลสัญญาณความเร็วสูงและไมโครเวฟ เป็นต้น พื้นที่ที่มีแนวโน้มดีเป็นพิเศษ ได้แก่ การตรวจจับทางชีวภาพ การถ่ายภาพ ไลดาร์ การตรวจจับแรงเฉื่อย วงจรรวมโฟโตนิกส์ไฮบริด-ความถี่วิทยุ (RFics) และการประมวลผลสัญญาณ