IMEC推出硅光子超聲波傳感器驗證芯片！突破摩爾定律的互連瓶頸！
2021-04-19 11:25:52 EETOP隨著互連技術成為越來越具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)瓶頸，一些研究人員——甚至像英特爾這樣的大公司——相信硅光子學將成為隧道盡頭的一束光芒。
一些分析人士聲稱，隨著3nm技術的到來，摩爾定律將戛然停止。大多數(shù)時候，這種討論都圍繞著縮小設備中量子效應的問題展開。然而，另一個（也可以說是更重要的）問題是互連，它正日益成為系統(tǒng)的瓶頸。
對于超越摩爾定律的設備改進的綜合需求，以及傳統(tǒng)互連方案的功能的削弱，正在為硅光子學領域鋪平道路。雖然這個領域不一定是新的，但它正在獲得越來越多的關注。在2020年12月，英特爾在其年度“實驗室日”上表示，該公司正在積極研究硅光子技術，“通過為未來的數(shù)據(jù)中心和光連接網絡推進光和硅技術的集成，從而克服電I/ O的限制。”
在本文中，我們將討論傳統(tǒng)IC面臨的挑戰(zhàn)，對硅光子技術的需求，并重點介紹科學家使用硅光子學創(chuàng)建改進的超聲傳感器的最新研究。
目前集成電路領域有兩個總體趨勢：設備越來越小，芯片面積越來越大（由于集成度的提高）。這些趨勢的結果是，互連（而不是器件）實際上已成為IC設計中的最大瓶頸之一。
總的來說，互連線正在被迫變成更小的幾何形狀，寬度和厚度都在減少，而全局互連線（如時鐘線）也在變長，以適應更大的芯片尺寸。
此外，集成度的提高還創(chuàng)造了更多的金屬層，這些金屬層之間的距離更近。所有這些都導致互連阻抗大幅增加，其中寄生電阻、電容和電感變得比晶體管本身的阻抗更加突出。
許多人認為，解決這些問題的方法是硅光子學。
硅光子學是IC的一種形式，其中光子集成電路是建立在硅上的。在這些電路中，與通過銅互連的電信號相反，數(shù)據(jù)是通過波導通過光在芯片周圍傳輸和移動的。結果是一種技術消除了對互連瓶頸日益增加的關注，從而無需縮小晶體管尺寸就能創(chuàng)建更快的IC。
硅光子學是一種集成電路的形式，其中光子集成電路建立在硅上。在這些電路中，數(shù)據(jù)通過光波導在芯片上傳輸，而不是通過銅互連的電信號。其結果是，這種技術避開了人們日益關注的互連瓶頸，在不必縮小晶體管尺寸基礎上，創(chuàng)造出速度更快的芯片速度。
到目前為止，該技術僅限于研究，但是有強烈的推動力，最終將其推向工業(yè)界，以尋求諸如數(shù)據(jù)中心之類的速度快且耗電大的用例。
到目前為止，這項技術還主要局限于研究領域，但人們強烈希望最終可以將其推向工業(yè)界，以尋求諸如數(shù)據(jù)中心之類的速度快且耗電大的用例。
歐洲微電子研究中心（IMEC）的研究人員開發(fā)了一種基于硅光子的超聲傳感器，證明了硅光子技術的應用價值。
傳統(tǒng)的超聲波傳感器使用壓電器件陣列，依靠特定超聲波頻率下的機械共振。不幸的是，這些技術受到許多因素的限制。例如，壓電器件越小，其靈敏度越低，阻礙了其構建大型陣列的能力。
在他們的文章中自然，研究人員建議，使用“split-rib”硅光子波導的一種新方法。該系統(tǒng)由放置在可移動膜片上的主要部分以及基板上的固定“肋骨”（rib）組成。兩者被放置在一個15毫米寬的包含強電場的間隙中。
當超聲波使膜變形時，電場將極大地改變波導的折射率，這將改變固定rib的共振特性。研究人員能夠使用可調激光器讀取該波長，從而產生準確的信號。
據(jù)悉，該研究提出的超聲波傳感器的靈敏度是傳統(tǒng)傳感器的100倍，顯示了硅光子學所能提供的強大能力。隨著摩爾定律的終結，互連變得越來越難操作，轉而采用硅光子技術可能正是保持該領域進步的解決方案。
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