センシング用のフォトニクス集積回路技術を選択すると、特別な問題に直面します。最良の選択は、プラットフォームがニーズにどの程度適合するかによって異なります。波長、感度、そして物事がどのように組み合わされるかについて考える必要があります。フォトニクスの特徴を一致させることが重要です集積回路あなたの感知の仕事に。多くのエンジニアがハードのような問題に遭遇します製造、材料制限、および物事をまとめるのに苦労しますを使用します。また、温度変化、電力使用、および信号損失について考える必要があるかもしれません。これは、シリコンプラットフォームを使用する場合に非常に当てはまります。デザインを作り、多くの部品を持たないと、物事が難しくなる可能性があります。毎回、テクノロジーがどれだけうまく機能するか、そしてテクノロジーをどれだけ簡単に作るかの両方を見なければなりません。特にシリコンベースのフォトニック集積回路でうまくいくには、これらのバランスを取る必要があります。

重要なポイント

• PICテクノロジーの波長と感度があなたに合っていることを確認してくださいセンサー最もよい結果のための必要性。

• プラットフォームを選択するときに、信号損失、帯域幅、および温度でどれだけうまく機能するかなどを考えてください。

• 接続が簡単で成長できるプラットフォームを選択して、より大きく、より優れたセンサーシステムを構築できます。

• コストとバランスを取るのがどれだけ難しいかを保つようにしてください。そうすれば、予算と作りたい数に一致するテクノロジーが見つかります。

• シリコンフォトニクス、リン化インジウム、窒化シリコンのプラットフォームを見て、どれがセンシングアプリケーションに最適かを確認してください。

選択要因

アプリケーションのニーズ

まず、あなたのものを知る必要がありますセンサー行う必要があります。各センシングシステムは異なり、独自のニーズがあります。一部のセンサーは、特定の波長で最もよく機能します。他の人は非常に敏感であるか、厳しい場所で働く必要があります。材料の透明度ウィンドウを確認する必要があります。このウィンドウは、どの光波長がほとんど損失なく通過できるかを示しています。例えば、シリコンは近赤外域の光学加工に適している。ただし、センサーが可視範囲の信号を確認する必要がある場合は、シリコンが機能しない場合があります。

また、システムが検出できる信号の小ささについても考える必要があります。いくつかのシステムは、非常に低いノイズと強い信号を必要とする。小さな変更を見つける必要がある場合は、伝搬損失の少ないプラットフォームが必要です。適切なフォトニクス集積回路技術は、光学特性を目標に合わせるのに役立ちます。テクノロジーがセンサーに必要な帯域幅を提供するかどうかを常に確認してください。高帯域幅により、システムは信号を高速かつ良好に処理できます。

ヒント:フォトニクス集積回路の透明度ウィンドウと帯域幅がセンサーのニーズに合っていることを常に確認してください。

パフォーマンスメトリクス

パフォーマンス指標は、さまざまなテクノロジーを比較するのに役立ちます。伝搬損失、帯域幅、および感度を確認する必要があります。伝搬損失が低いということは、光がシステムを通過するときに失われる信号が少ないことを意味します。これは、非常に正確である必要があるセンサーにとって重要です。シリコンプラットフォームは近赤外線での損失が少ないことが多いため、多くの人がセンシングに使用しています。

帯域幅も重要です。システムは、大量のデータまたは高速信号を処理する必要がある場合があります。高帯域幅により、センサーがすばやく機能します。一部のフォトニクス集積回路プラットフォームは、高帯域幅と低ノイズの両方を提供します。これは、高性能ソリューションに最適です。

また、システムが温度変化にどのように対処するかについても考える必要があります。シリコンのような一部の材料は、高温または低温になると光学特性を変えることができます。これにより、センサーの動作が変わる可能性があります。実際の状況でテクノロジーが安定しているかどうかを常に確認してください。

統合とスケーラビリティ

統合とスケーラビリティは、システムがどれだけ成長できるかを示しています。フォトニックパーツ、電子機器、その他の部品を簡単に追加できるプラットフォームが必要です。シリコンベースのフォトニクス集積回路はこれに優れています。通常の電子機器と同じ方法を使用しているため、1つのチップに光学部品と電子部品を配置する方が簡単です。

• フォトニクス集積回路使用半導体製造したがって、デバイスは小さく、多数で簡単に作成できます。

• 機械学習や量子に触発されたアイデアなどの新しいデザインは、システムをより大きく、より良くするのに役立ちます。

• 高速、帯域幅、エネルギー効率、および強度により、これらのシステムは厳しいセンシングの仕事に適しています。

• スケーラブルなプラットフォームは、多くのセンシング用途向けに、小型で省エネで強力なデバイスを作成するのに役立ちます。

また、センサーを追加したり、システムをより複雑にすることがいかに簡単かを確認する必要があります。優れた統合は、最初からやり直すことなくシステムを成長させることができることを意味します。これは、システムを高速化する必要がある場合に重要です。

コストと製造

コストとシステムの作成により、選択が制限される可能性があります。あなたは材料の価格、それがどれほど難しいか、そしてあなたが特別な道具を必要とするかどうかについて考えなければなりません。シリコンとリン化インジウムは多く使用されますが、多くの費用がかかる可能性があります。レーザーや検出器などの多くのフォトニック部品を1つのチップに配置するには、高度な技術と注意深い位置合わせが必要です。

• 高い開始コストそしてハード制造ステップ

• リン化インジウムやシリコンなどの高価な材料の使用

• 1つのチップに多くの光学部品を置く

• 高度なデザインツールと慎重な配置が必要

• 管理しなければならない熱の問題

• デザインと作成に十分な標準ルールがない

• 通常の電子集積回路との競争

システムを非常に重要にするのがいかに簡単か。以下の表は、さまざまなものがセンシングにおけるフォトニクス集積回路技術の使用にどのように影響するかを示しています。

高度な統合の利点がより高いコストとより難しい作業の価値があるかどうかを常に考える必要があります。多くのシステムを作成する必要がある場合は、成長して簡単に作成できるプラットフォームを選択してください。

フォトニクス集積回路プラットフォーム

シリコンフォトニクス

シリコンフォトニクスは、多くのセンシングジョブのトップチョイスです。それはエレクトロニクスとうまく機能し、特別な材料の特徴を持っています。高い屈折率は、小さなフォトニック部品を作ることができます。これは光をしっかりと閉じ込めるのに役立ちますので、センサーは小さな変化に気づきます。これは正確な結果を得るために重要です。

あなたは見ることができますシリコンフォトニクスの主な特徴この表では:

シリコンフォトニクスを使用して、ラベルのない検出や小型センサーを使用できます。エレクトロニクスとの接続は简単です。これにより、バイオセンシング、ガスセンシング、化学センシングに最適です。プラットフォームは高帯域幅もサポートしているため、システムは信号を高速かつ適切に処理できます。

ただし、シリコンフォトニクスにはいくつかの問題があります:

• チップに光を入れたり出したりするのは難しいです。あなたは物事を正しく並べる必要があります、さもなければあなたは信号を失うかもしれません。

• 導波路やグレーティングカプラーのように光を結合する方法は、すべての信号で常に機能するとは限らず、作成が難しい場合があります。

• リン化インジウムを追加すると、より高価になり、構築が難しくなります。

• 回路がどれだけうまく機能するかは、シリコンが何ができるか、そしてそれを設計するために使用するツールによって異なります。

• これらのものは、シリコンフォトニクスを手頃な価格にしないか、一部の用途では大きくするのを難しくする可能性があります。

注:高感度、電子機器への簡単な接続、および高速信号処理が必要な場合は、シリコンフォトニクスが最適です。しかし、あなたは光を入れたり出したりすることの難しい部分とあなたがあなたのシステムをどのように作るかについて考えるべきです。

リン化インジウム

リン化インジウムは強力で実績のあるプラットフォームですフォトニクス集積回路用。レーザー、モジュレーターのように、必要なすべてのフォトニック部品を配置できます。アンプ、導波路、およびフィルター-1つのチップ上。これにより、厳しいセンシングの仕事のための高度な送信機と受信機を構築できます。

リン化インジウムはこれらの利点を与えます:

• 1つのチップでアクティブおよびパッシブフォトニック部品の両方を作成できます。

• これは、多くのセンシングおよび光学ジョブに使用される通信Cバンドでうまく機能します。

• 強力な光出力を取得し、エネルギーを節約します。これにより、システムの使用電力が少なくなります。

• リン化インジウムは丈夫で、宇宙などの硬い場所で使用できます。

リン化インジウムをのためによく使用します:

• 大気汚染を制御するために、CO、CO2、NOXなどのガスをリアルタイムで検索します。

• 水中や表面で危険なものをすばやく見つけます。

• 食品、プラスチック、その他の品质を分光法でチェックする。

• 非常に薄い層の測定自動車工場で慎重なチェックを行っています。

リン化インジウムの直接バンドギャップにより、光をうまく感知できます。あなたは速い応答を得て、レーザー光を作り、ブーストし、感知するために必要なすべての部品をまとめることができます。これにより、リン化インジウムは、注意深く敏感な光学センシングを必要とするシステムに適しています。

しかし、リン化インジウムは、シリコンフォトニクスよりもコストがかかり、製造が困難です。また、特別なレーザー設計が必要な場合は、柔軟性が低くなります。

窒化シリコン

窒化ケイ素は、フォトニクス集積回路用の柔軟なプラットフォームです。低い光学損失および軽い波长の広い范囲を必要とするときそれを使用できます。窒化ケイ素は可視光と近赤外光の両方で機能するため、多くのセンシングジョブに使用できます。

あなたはこれらの良い点を得る:

• 損失が少ないということは、信号が長距離にわたって強いままであることを意味します。

• 可視から中赤外線まで、さまざまな種類の光を入れます。

• シリコンベースの構築方法で動作するため、電子機器への接続が容易になります。

• 高帯域幅は、システムが信号を迅速かつ適切に処理できることを意味します。

人々は、バイオセンシング、環境チェック、および医療機器のために窒化ケイ素を選ぶことがよくあります。それは安定した、信頼できる仕事を必要とする平らな回路設計のためによいです。

しかし、窒化シリコンは通常のシリコンよりも製造が難しい場合があります。また、材料のストレスに注意する必要があるかもしれませんので、割れたり壊れたりしません。

ヒント:低損失、広い帯域幅、およびシリコンエレクトロニクスへの簡単な接続が必要な場合は、窒化シリコンが適切で柔軟な選択です。

その他のプラットフォーム

あなたは見ることができます高度なセンシングのための新しいプラットフォームを使用します。これらの新しい材料とデザインは、特定のニーズに特別な利点があります。

また、人々が異なる素材を混ぜ合わせているのを見るかもしれません。これは異種統合と呼ばれます。TFLNのようなものをSiNまたはSOIと組み合わせて、それぞれを最大限に活用します。これらの新しいプラットフォームは、特別なセンシング、量子ジョブ、および特別な光処理または帯域幅を必要とするシステムに使用できます。

コールアウト:センシングジョブに非常に低い損失、広い帯域幅、または特別な量子機能が必要な場合は、これらの新しいプラットフォームを検討する必要があります。作るのは難しいかもしれませんが、シリコンやリン化インジウムではできないことができます。

センシングアプリケーション

バイオセンシング

フォトニック集積回路プラットフォームを使用して、高度なバイオセンサーを作成できます。これらのセンサーは、生物学的マーカー、ウイルス、またはタンパク質を非常によく見つけるのに役立ちます。最も一般的なプラットフォームは次のとおりです。

• リン化インジウムはあなたにレーザーと検出器を与えます敏感なテストのため。

• シリコンフォトニクスを使用すると、CMOSエレクトロニクスを使用して小型で低損失のデバイスを構築できますを使用します。これは、迅速かつ安価なテストのためのラボオンチップのバイオセンサーを作るのに役立ちます。

• 窒化ケイ素は超低損失の導波路を持ち、多くの光波長で機能します。これにより、バイオセンサーと分光計に最適です。

• ニオブ酸リチウム、シリカ、ヒ化ガリウムなどの他の材料には、独自のバイオセンシングのニーズに特別な機能があります。

ハイブリッドまたは異種統合を使用して、これらの材料を混合することもできます。このようにして、1つのセンサーで各プラットフォームの最良の部分を取得します。

ヒント:ハイブリッド統合は、バイオセンサーがより敏感になり、より良く機能するのに役立ちます。

ウェアラブル & ポータブル

ウェアラブルまたはポータブルデバイスを設計するときは、快適さ、安全性、およびそれらがどれだけうまく機能するかについて考える必要があります。フォトニック集積回路は、小さく、曲がりくねっていて、肌に安全である必要があります。以下の表は、主なニーズを示しています。

また、これらのデバイスの安全性とうまく機能するかどうかを確認する必要があります。適切な素材とデザインを選択すると、センサーが機能して気分が良くなるようになります。

テレコム & クォンタム

光通信と量子技術をより良くするのに役立ちます。フォトニック集積回路は、高速データ転送と注意深い測定をサポートします。以下の表は、これらの用途に最適なプラットフォームを示しています。

高速、低損失、および強力な電子統合を備えたプラットフォームを選択する必要があります。これらの機能は、光通信およびセンシングシステムのニーズを満たすのに役立ちます。

環境 & 産業

フォトニック集積回路を使用して、環境を監視し、工場を制御できます。これらのセンサーは追跡に役立ちます温室効果ガス、水をチェックし、食べ物を検査します。また、スマートな農業や輸送の監視にも使用します。

• PICは、ブロードバンドおよびラマン分光法、周波数コム、および中赤外線バイオフォトニクスを可能にします。

• あなたは得る小さいサイズ、高感度、そして一度に多くのことを測定することができます。

• これらのセンサーは、電磁干渉をブロックし、電力をほとんど使用しないため、困難な場所でうまく機能します。

• IoTとエッジコンピューティングとの接続により、遠くからデータを監視し、迅速に行動することができます。

注:フォトニック集積回路は、古いセンサーよりも優れた動作を可能にし、測定をより速く、より信頼性が高く、ハード環境に適しています。

フォトニック集積回路の比較

透明性 & 波長

透明度ウィンドウがセンシングジョブに適合していることを確認する必要があります。各フォトニック集積回路プラットフォームは、さまざまな光波長で動作します。以下の表は、メインプラットフォームの違いを示しています:

システムが必要とする光の範囲をカバーするプラットフォームを選択します。バイオセンシングまたは量子センシングを使用する場合は、広い帯域幅と可視光のサポートが必要です。

損失 & 信号の完全性

伝播損失は、信号が移動するにつれてどれだけ弱くなるかを示します。窒化ケイ素の損失が最も少ないため、信号は長距離にわたって強いままです。リン化インジウムとシリコンフォトニクスはより多くの信号を失いますが、それでも多くのセンシングジョブに使用できます。

強い信号と低ノイズが必要な場合は、窒化シリコンが良い選択です。内蔵のレーザーと検出器の場合は、リン化インジウムまたはシリコンフォトニクスの方が優れている可能性があります。

統合 & パッケージング

統合とパッケージングは、システムの構築と成長がいかに簡単かを示しています。シリコンフォトニクスは、小型で高速な光学処理のためのCMOS方法を使用して、電子機器との結合に最適です。ハイブリッド統合により、材料を混合できますが、事態は困難になります。

• モノリシック統合により、すべての光学部品が1つのシリコンチップに配置され、小型化され、使用する電力が少なくなります。

• ハイブリッド統合は、より良い結果を得るためにさまざまな材料を組み合わせますが、コストが高く、追加のパッケージング手順が必要です。

システムの統合とパッケージングのニーズに合ったプラットフォームを選択します。

スケーラビリティとコスト

コストとスケーラビリティがプロジェクトの成長方法を決定しますを使用します。シリコンフォトニクスは、成熟したシリコン製造方法のためにスケールが安価です。しかし、すべてのフォトニック集積回路は、開発に多くの費用がかかり、作成が困難です。モノリシック統合は多くのデバイスを作るのに役立ちますが、最初は多くを費やす必要があります。ハイブリッド統合はパフォーマンスを向上させますが、コストが高く、より複雑です。

• 新しいシリコンフォトニクスと製造方法は、コストを削減し、スケーリングを容易にするのに役立ちます。

• 政府や業界からの支援は、高コストに役立ちます。

• 量子または高度な光学処理のために、より高いコストとより多くの作業に備えてください。

ヒント:成長しやすく、高価すぎないシステムが必要な場合は、シリコンフォトニクスを選択してください。特殊または高性能の光学処理には、ハイブリッドまたはモノリシックインテグレーションを使用します。

適切なフォトニック集積回路技術を選択することは、センシングの目標から始まります。プラットフォームの波長、感度、および部品がどのように組み合わされているかを確認する必要があります。

• システムに必要なものを見て、どのプラットフォームが最適かを確認します。

• 専門家の助けを得るためにPICファウンドリに相談してください。

• 業界の新しい研究とニュースをチェックしてください。

ヒント:新しいPICプラットフォームについて学び続けてください。新しい素材とデザインは、将来のセンシングプロジェクトでより良いことをするのに役立ちます。

よくある質問

センシングのためにPICプラットフォームを選択するときに最も重要な要素は何ですか?

プラットフォームの透明度ウィンドウと感度がセンサーのニーズに合っていることを確認する必要があります。これはあなたのセンサーが正しい波長で働き、小さい信号を見つけるのを助けます。

1つのセンサーに異なるPIC材料を組み合わせることはできますか?

はい、ハイブリッドまたは異種統合を使用できます。これにより、さまざまな素材を混ぜることができます。たとえば、窒化シリコンからは低損失、リン化インジウムからは活性部品が得られます。

PICベースのセンサーをスケールアップするとき、どのようにコストを削減しますか?

多くのセンサーを作るためにシリコンフォトニクスを選ぶことができます。このプラットフォームは標準的なCMOSプロセスを使用する。お金を節約し、多くのデバイスを高速にするのに役立ちます。

どのPICプラットフォームがバイオセンシングに最適ですか?

• シリコンフォトニクスは、小さくて敏感なセンサーを提供します。

• 窒化ケイ素は損失が低く、多くの波長で機能します。

• リン化インジウムにはレーザーと検出器が組み込まれています。

バイオセンシングのニーズに合ったものを選択してください。