অপটোইলেকট্রনিক ইন্টিগ্রেশন পদ্ধতি

অপটোইলেকট্রনিকইন্টিগ্রেশন পদ্ধতি

এর একীকরণআলোকবিদ্যাএবং ইলেকট্রনিক্স তথ্য প্রক্রিয়াকরণ সিস্টেমের ক্ষমতা উন্নত করার ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ, দ্রুত ডেটা স্থানান্তর হার, কম বিদ্যুৎ খরচ এবং আরও কম্প্যাক্ট ডিভাইস ডিজাইন সক্ষম করে এবং সিস্টেম ডিজাইনের জন্য বিশাল নতুন সুযোগ উন্মুক্ত করে। ইন্টিগ্রেশন পদ্ধতিগুলি সাধারণত দুটি বিভাগে বিভক্ত: একচেটিয়া ইন্টিগ্রেশন এবং মাল্টি-চিপ ইন্টিগ্রেশন।

একপ্রস্তর যুগের একীকরণ
মনোলিথিক ইন্টিগ্রেশনের মধ্যে একই সাবস্ট্রেটে ফোটোনিক এবং ইলেকট্রনিক উপাদান তৈরি করা জড়িত, সাধারণত সামঞ্জস্যপূর্ণ উপকরণ এবং প্রক্রিয়া ব্যবহার করে। এই পদ্ধতিটি একটি একক চিপের মধ্যে আলো এবং বিদ্যুতের মধ্যে একটি নিরবচ্ছিন্ন ইন্টারফেস তৈরির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।
সুবিধাদি:
১. আন্তঃসংযোগ ক্ষতি হ্রাস করুন: ফোটন এবং ইলেকট্রনিক উপাদানগুলিকে কাছাকাছি রাখলে অফ-চিপ সংযোগের সাথে সম্পর্কিত সংকেত ক্ষতি হ্রাস পায়।
২, উন্নত কর্মক্ষমতা: সংক্ষিপ্ত সিগন্যাল পাথ এবং হ্রাসকৃত লেটেন্সির কারণে আরও শক্ত ইন্টিগ্রেশন দ্রুত ডেটা স্থানান্তর গতির দিকে পরিচালিত করতে পারে।
৩, ছোট আকার: মনোলিথিক ইন্টিগ্রেশন অত্যন্ত কম্প্যাক্ট ডিভাইসের জন্য অনুমতি দেয়, যা বিশেষ করে স্থান-সীমিত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপকারী, যেমন ডেটা সেন্টার বা হ্যান্ডহেল্ড ডিভাইস।
৪, বিদ্যুৎ খরচ কমানো: পৃথক প্যাকেজ এবং দীর্ঘ-দূরত্বের আন্তঃসংযোগের প্রয়োজনীয়তা দূর করা, যা বিদ্যুতের প্রয়োজনীয়তা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করতে পারে।
চ্যালেঞ্জ:
১) উপাদানের সামঞ্জস্য: উচ্চ-মানের ইলেকট্রন এবং ফোটোনিক ফাংশন উভয়কেই সমর্থন করে এমন উপাদান খুঁজে পাওয়া চ্যালেঞ্জিং হতে পারে কারণ তাদের প্রায়শই বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের প্রয়োজন হয়।
২, প্রক্রিয়া সামঞ্জস্য: কোনও একটি উপাদানের কর্মক্ষমতা হ্রাস না করে একই সাবস্ট্রেটে ইলেকট্রনিক্স এবং ফোটনের বিভিন্ন উৎপাদন প্রক্রিয়াগুলিকে একীভূত করা একটি জটিল কাজ।
৪, জটিল উৎপাদন: ইলেকট্রনিক এবং ফোটোনোনিক কাঠামোর জন্য প্রয়োজনীয় উচ্চ নির্ভুলতা উৎপাদনের জটিলতা এবং খরচ বৃদ্ধি করে।

মাল্টি-চিপ ইন্টিগ্রেশন
এই পদ্ধতিটি প্রতিটি ফাংশনের জন্য উপকরণ এবং প্রক্রিয়া নির্বাচনের ক্ষেত্রে আরও নমনীয়তা প্রদান করে। এই ইন্টিগ্রেশনে, ইলেকট্রনিক এবং ফোটোনিক উপাদানগুলি বিভিন্ন প্রক্রিয়া থেকে আসে এবং তারপর একত্রিত হয় এবং একটি সাধারণ প্যাকেজ বা সাবস্ট্রেটে স্থাপন করা হয় (চিত্র 1)। এখন আসুন অপটোইলেকট্রনিক চিপের মধ্যে বন্ধন মোডগুলি তালিকাভুক্ত করি। সরাসরি বন্ধন: এই কৌশলটিতে দুটি সমতল পৃষ্ঠের সরাসরি শারীরিক যোগাযোগ এবং বন্ধন জড়িত, যা সাধারণত আণবিক বন্ধন বল, তাপ এবং চাপ দ্বারা সহজতর হয়। এর সরলতা এবং সম্ভাব্য খুব কম ক্ষতি সংযোগের সুবিধা রয়েছে, তবে সঠিকভাবে সারিবদ্ধ এবং পরিষ্কার পৃষ্ঠের প্রয়োজন হয়। ফাইবার/গ্রেটিং কাপলিং: এই স্কিমে, ফাইবার বা ফাইবার অ্যারে সারিবদ্ধ এবং ফোটোনিক চিপের প্রান্ত বা পৃষ্ঠের সাথে আবদ্ধ করা হয়, যা আলোকে চিপের ভিতরে এবং বাইরে সংযুক্ত করতে দেয়। গ্রেটিংটি উল্লম্ব সংযোগের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে, যা ফোটোনিক চিপ এবং বহিরাগত ফাইবারের মধ্যে আলোর সংক্রমণের দক্ষতা উন্নত করে। থ্রু-সিলিকন হোল (TSVs) এবং মাইক্রো-বাম্পস: থ্রু-সিলিকন হোলগুলি একটি সিলিকন সাবস্ট্রেটের মাধ্যমে উল্লম্ব আন্তঃসংযোগ, যা চিপগুলিকে তিন মাত্রায় স্ট্যাক করার অনুমতি দেয়। মাইক্রো-উত্তল বিন্দুর সাথে মিলিত হয়ে, তারা উচ্চ-ঘনত্বের ইন্টিগ্রেশনের জন্য উপযুক্ত, স্ট্যাকড কনফিগারেশনে ইলেকট্রনিক এবং ফোটোনিক চিপের মধ্যে বৈদ্যুতিক সংযোগ অর্জনে সহায়তা করে। অপটিক্যাল মধ্যস্থতাকারী স্তর: অপটিক্যাল মধ্যস্থতাকারী স্তর হল একটি পৃথক সাবস্ট্রেট যার মধ্যে অপটিক্যাল ওয়েভগাইড থাকে যা চিপগুলির মধ্যে অপটিক্যাল সংকেত রাউটিং করার জন্য মধ্যস্থতাকারী হিসেবে কাজ করে। এটি সুনির্দিষ্ট সারিবদ্ধকরণ এবং অতিরিক্ত প্যাসিভঅপটিক্যাল উপাদানসংযোগের নমনীয়তা বৃদ্ধির জন্য একত্রিত করা যেতে পারে। হাইব্রিড বন্ধন: এই উন্নত বন্ধন প্রযুক্তি চিপ এবং উচ্চ-মানের অপটিক্যাল ইন্টারফেসের মধ্যে উচ্চ-ঘনত্বের বৈদ্যুতিক সংযোগ অর্জনের জন্য সরাসরি বন্ধন এবং মাইক্রো-বাম্প প্রযুক্তিকে একত্রিত করে। এটি উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন অপটোইলেকট্রনিক সহ-সংহতকরণের জন্য বিশেষভাবে আশাব্যঞ্জক। সোল্ডার বাম্প বন্ধন: ফ্লিপ চিপ বন্ধনের অনুরূপ, বৈদ্যুতিক সংযোগ তৈরি করতে সোল্ডার বাম্প ব্যবহার করা হয়। তবে, অপটোইলেকট্রনিক একীকরণের প্রেক্ষাপটে, তাপীয় চাপের কারণে ফোটোনিক উপাদানগুলির ক্ষতি এড়ানো এবং অপটিক্যাল অ্যালাইনমেন্ট বজায় রাখার দিকে বিশেষ মনোযোগ দিতে হবে।

চিত্র ১: : ইলেকট্রন/ফোটন চিপ-টু-চিপ বন্ধন স্কিম

এই পদ্ধতির সুবিধাগুলি তাৎপর্যপূর্ণ: CMOS বিশ্ব যখন মুরের সূত্রের উন্নতি অনুসরণ করে চলেছে, তখন CMOS বা Bi-CMOS-এর প্রতিটি প্রজন্মকে দ্রুত একটি সস্তা সিলিকন ফোটোনিক চিপে অভিযোজিত করা সম্ভব হবে, যা ফোটোনিক্স এবং ইলেকট্রনিক্সের সেরা প্রক্রিয়াগুলির সুবিধা গ্রহণ করবে। যেহেতু ফোটোনিক্সে সাধারণত খুব ছোট কাঠামো তৈরির প্রয়োজন হয় না (প্রায় 100 ন্যানোমিটারের মূল আকার সাধারণত) এবং ট্রানজিস্টরের তুলনায় ডিভাইসগুলি বড়, অর্থনৈতিক বিবেচনাগুলি চূড়ান্ত পণ্যের জন্য প্রয়োজনীয় যেকোনো উন্নত ইলেকট্রনিক্স থেকে পৃথক করে ফোটোনিক ডিভাইসগুলিকে একটি পৃথক প্রক্রিয়ায় তৈরি করতে বাধ্য করবে।
সুবিধাদি:
১, নমনীয়তা: ইলেকট্রনিক এবং ফোটোনিক উপাদানগুলির সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য বিভিন্ন উপকরণ এবং প্রক্রিয়া স্বাধীনভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।
২, প্রক্রিয়া পরিপক্কতা: প্রতিটি উপাদানের জন্য পরিপক্ক উৎপাদন প্রক্রিয়ার ব্যবহার উৎপাদন সহজ করতে পারে এবং খরচ কমাতে পারে।
৩, সহজ আপগ্রেড এবং রক্ষণাবেক্ষণ: উপাদানগুলির পৃথকীকরণ সম্পূর্ণ সিস্টেমকে প্রভাবিত না করে পৃথক উপাদানগুলিকে আরও সহজে প্রতিস্থাপন বা আপগ্রেড করার অনুমতি দেয়।
চ্যালেঞ্জ:
১, আন্তঃসংযোগ ক্ষতি: অফ-চিপ সংযোগ অতিরিক্ত সংকেত ক্ষতির কারণ হয় এবং জটিল সারিবদ্ধকরণ পদ্ধতির প্রয়োজন হতে পারে।
২, জটিলতা এবং আকার বৃদ্ধি: পৃথক উপাদানগুলির জন্য অতিরিক্ত প্যাকেজিং এবং আন্তঃসংযোগের প্রয়োজন হয়, যার ফলে আকার বড় হয় এবং সম্ভাব্যভাবে খরচ বেশি হয়।
৩, উচ্চ বিদ্যুৎ খরচ: দীর্ঘ সিগন্যাল পাথ এবং অতিরিক্ত প্যাকেজিং একচেটিয়া ইন্টিগ্রেশনের তুলনায় বিদ্যুৎ চাহিদা বাড়িয়ে দিতে পারে।
উপসংহার:
একশিলা এবং মাল্টি-চিপ ইন্টিগ্রেশনের মধ্যে নির্বাচন করা অ্যাপ্লিকেশন-নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তার উপর নির্ভর করে, যার মধ্যে রয়েছে কর্মক্ষমতা লক্ষ্য, আকারের সীমাবদ্ধতা, খরচ বিবেচনা এবং প্রযুক্তিগত পরিপক্কতা। উৎপাদন জটিলতা সত্ত্বেও, একশিলা ইন্টিগ্রেশন সেই অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সুবিধাজনক যেখানে চরম ক্ষুদ্রাকৃতি, কম বিদ্যুৎ খরচ এবং উচ্চ-গতির ডেটা ট্রান্সমিশন প্রয়োজন। পরিবর্তে, মাল্টি-চিপ ইন্টিগ্রেশন বৃহত্তর নকশা নমনীয়তা প্রদান করে এবং বিদ্যমান উৎপাদন ক্ষমতা ব্যবহার করে, এটি এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত করে তোলে যেখানে এই কারণগুলি কঠোর একীকরণের সুবিধার চেয়ে বেশি। গবেষণা অগ্রগতির সাথে সাথে, উভয় কৌশলের উপাদানগুলিকে একত্রিত করে এমন হাইব্রিড পদ্ধতিগুলিও অন্বেষণ করা হচ্ছে যা প্রতিটি পদ্ধতির সাথে সম্পর্কিত চ্যালেঞ্জগুলি হ্রাস করার সময় সিস্টেমের কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করার জন্য।