تكنولوجيا الفوتونيات السيليكونية

تكنولوجيا الفوتونيات السيليكونية

مع تقلص حجم رقاقة المعالج تدريجيًا، تصبح التأثيرات المختلفة الناتجة عن التوصيلات البينية عاملًا مهمًا يؤثر على أداء الرقاقة. تُعدّ التوصيلات البينية للرقاقات إحدى العقبات التقنية الحالية، وقد تُسهم تقنية الإلكترونيات الضوئية القائمة على السيليكون في حل هذه المشكلة. تُعتبر تقنية الفوتونات السيليكونية...الاتصالات الضوئيةتقنية تستخدم شعاع الليزر بدلاً من إشارة أشباه الموصلات الإلكترونية لنقل البيانات. وهي تقنية من الجيل الجديد تعتمد على السيليكون ومواد الركائز المصنوعة من السيليكون، وتستخدم عملية CMOS الحالية لـجهاز بصريالتطوير والتكامل. تتمثل أكبر ميزة له في معدل نقل البيانات العالي للغاية، مما يجعل سرعة نقل البيانات بين نوى المعالج أسرع بمئة مرة أو أكثر، كما أن كفاءة الطاقة عالية جدًا، لذلك يُعتبر جيلًا جديدًا من تكنولوجيا أشباه الموصلات.

تاريخياً، طُوّرت تقنية الفوتونيات السيليكونية على ركائز السيليكون المعزول (SOI)، إلا أن هذه الركائز باهظة الثمن وليست بالضرورة الخيار الأمثل لجميع وظائف الفوتونيات المختلفة. في الوقت نفسه، ومع ازدياد معدلات نقل البيانات، بات التعديل عالي السرعة على مواد السيليكون يمثل عائقاً رئيسياً، لذا طُوّرت مجموعة متنوعة من المواد الجديدة، مثل أغشية أكسيد اللانثانوم والنيكل (LNO)، وفوسفيد الإنديوم (InP)، وأكسيد التيتانيوم الباريوم (BTO)، والبوليمرات، ومواد البلازما، لتحقيق أداء أعلى.

تكمن الإمكانات الهائلة لتقنية الفوتونيات السيليكونية في دمج وظائف متعددة في حزمة واحدة، وتصنيع معظمها أو كلها، كجزء من شريحة واحدة أو مجموعة من الشرائح، باستخدام نفس مرافق التصنيع المستخدمة في بناء الأجهزة الإلكترونية الدقيقة المتقدمة (انظر الشكل 3). سيؤدي ذلك إلى خفض تكلفة نقل البيانات بشكل جذري.الألياف البصريةوخلق فرص لمجموعة متنوعة من التطبيقات الجديدة الجذرية فيالفوتونياتمما يسمح ببناء أنظمة بالغة التعقيد بتكلفة متواضعة للغاية.

تتزايد تطبيقات أنظمة الفوتونيات السيليكونية المعقدة، وأكثرها شيوعًا اتصالات البيانات. ويشمل ذلك الاتصالات الرقمية عالية النطاق الترددي للتطبيقات قصيرة المدى، وأنظمة التعديل المعقدة للتطبيقات بعيدة المدى، والاتصالات المتماسكة. بالإضافة إلى اتصالات البيانات، يجري استكشاف عدد كبير من التطبيقات الجديدة لهذه التقنية في كل من قطاع الأعمال والأوساط الأكاديمية. وتشمل هذه التطبيقات: الفوتونيات النانوية (الميكانيكا الضوئية النانوية) وفيزياء المادة المكثفة، والاستشعار الحيوي، والبصريات غير الخطية، وأنظمة الليدار، والجيروسكوبات الضوئية، وأنظمة الترددات الراديوية المتكاملة.الإلكترونيات الضوئيةأجهزة إرسال واستقبال لاسلكية متكاملة، اتصالات متماسكة، جديدمصادر الإضاءة، تقليل ضوضاء الليزر، وأجهزة استشعار الغاز، والفوتونيات المتكاملة ذات الطول الموجي الطويل جدًا، ومعالجة الإشارات عالية السرعة والميكروويف، وما إلى ذلك. وتشمل المجالات الواعدة بشكل خاص الاستشعار البيولوجي، والتصوير، والليدار، والاستشعار بالقصور الذاتي، والدوائر المتكاملة الهجينة للفوتونيات والترددات الراديوية (RFics)، ومعالجة الإشارات.