Микроэлектроника решила задачу упаковки различных функциональных элементов с интегрированными микросхемами (ICs) в современных вычислительных системах и коммуникациях методом проводного соединения. Миниатюризация была тенденцией, ориентированной на требования более быстрых, более портативных и менее дорогостоящих (меньшее количество материалов) решений, в которых проводное соединение развивалось для размещения все более сложных 3D-архитектур чипов и печатных плат.
Еще более быстрые и надежные вычисления и связь могут быть обеспечены за счет использования фотонов, а не электронов. Это было одной из основных причин быстрого роста волоконно-оптической связи, которая особенно эффективна на больших ~ 1000 км расстояний. Передача данных в микроэлектронике также все больше выигрывает от оптических соединений, которые, однако, имеют проблемы с масштабированием при малых размерах ИС.
Общая тенденция преобладания оптического волокна над медным проводом для передачи данных на большие расстояния следует за тенденцией миниатюризации, и в настоящее время, новые возможности были продемонстрированы на микромасштабе. Соединение фотонных проводов решает ту же проблему, что и соединение проводов в микроэлектронике, но для оптической связи на уровне соединений микросхемы с кристаллом. В недавнем исследовании была продемонстрирована новая веха для передачи данных по 75-километровому каналу со скоростью ~0.8 Тбит/с для Si-фотонных передатчиков в комплекте с 1.5 мкм лазерами InGaAsP, использующими связывание по фотонным проводам. Несколько прорывов были объединены для достижения рекордной скорости передачи данных. Были продемонстрированы оптические вносимые потери всего в 0,7 дБ.
Кроме того, требуемая конусность фотонного провода для однорежимной работы/фильтрации волокна была бесшовно достигнута за счет прямой лазерной записи. Наиболее важным является то, что конусное соединение фотонной проволоки решает строгие требования к оптическому выравниванию компонентов и открывает возможности для автоматизированных упаковочных решений. Si фотонные платформы, основанные на хорошо зарекомендовавших себя дополнительных металлооксидных полупроводниковых технологиях, теперь могут комбинироваться с другими источниками света и нелинейными оптическими компонентами, основанными на других платформах, используя соединение фотонным проводом. Это делает возможным использование гибридных модулей фотонных чипов. Это можно рассматривать как проявление развивающейся тенденции в современной технологии, где сложность развивается вместе с миниатюризацией, которая была руководящим принципом, установленным в предыдущие десятилетия микроэлектроники.
- В идеале, фотонные проводные связи должны иметь минимально возможные потери, аналогичные золотым (медным) проводам в микроэлектронике. Демонстрируемые оптические вносимые потери в 0.7 дБ находятся на одном уровне с потерями в 1 км оптического одномодового волокна (0.2 дБ/км).
Гибкость 3D прямой свободной формы записи связей фотонных проводов с использованием Nanoscribe IP-Dip органическо-неорганического резиста перспективна для дальнейшего уплотнения связей фотонных проводов до 100 на миллиметр кромки микросхемы (с 10-мкм разрывом вместо используемых 25 мкм). Точность суб-100 нм при трехмерном позиционировании фокального пятна в жидком резисте и трехмерной полимеризации по заданной траектории в соответствии с проектной схемой может быть достигнута в полностью автоматизированном режиме работы.
