KR20140148240A - 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션 - Google Patents

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Abstract

적층형 집적 회로의 광 인터커넥션이 개시된다. 개시된 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션은, 제1층에 위치하며, 지향성 광을 출력하는 제1광학 안테나를 포함하는 광 송신부와, 제1층과는 다른 제2층에 위치하여 광 송신부와 이격되어 있으며 광 송신부로부터 전송되는 광을 수신하도록 제2광학 안테나를 포함하는 광 수신부를 포함하고, 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나는 복수의 나노 구조물을 포함하여 광을 이용하여 층간 신호 전달이 이루어지도록 마련될 수 있다.

Description

적층형 집적 회로의 광 인터커넥션{Optical interconnection for stacked integrated circuit}
광 인터커넥션(optical interconnection)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적회로의 간략화 및 이에 따른 3차원적인 집적을 용이하게 하는 적층형 집적 회로의 광인터커넥션에 관한 것이다.
반도체 소자들은 처리속도, 대용량 데이터 전송 및 집적 용량 등에 있어서 비약적인 발전을 거듭해왔다. 최근 들어, 소자의 소형화가 한계에 다다라 칩의 집적도 향상을 위해 3차원 적층 구조를 채택하고 있다. 적층 구조를 채택할 경우 발생되는 문제점 중 하나는 수직 방향으로 적층된 각 층들간의 통신 경로 확보의 어려움이다. 평면내(in plane) 방향의 경로는 탑-다운(top-down) 공정에서 통상적인 리소그래피로 용이하게 만들 수 있으나, 수직 방향으로는 쉽지 않다.
예를 들어, 전자 소자 등의 경우, 각층을 꿰뚫는 비아홀(VIA hole)을 만들고 금속으로 채워 넣어 통신 경로를 확보한다. 하지만, 가공이 까다롭고 비용 문제 발생 및 전체 공정 흐름도가 복잡해진다.
광 주파수(optical frequency)에서 동작하는 광 안테나(optical antenna) 구조를 채용하여, 고지향성의 빔을 송,수신함으로써, 수직 적층 구조에서 각 층간의 통신 문제를 해결할 수 있어, 집적회로의 간략화 및 이에 따른 3차원적인 집적을 용이하게 하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션은, 제1층에 위치하며, 지향성 광을 출력하는 제1광학 안테나를 포함하는 광 송신부와; 상기 제1층과는 다른 제2층에 위치하여 상기 광 송신부와 이격되어 있으며, 상기 광 송신부로부터 전송되는 광을 수신하도록 제2광학 안테나를 포함하는 광 수신부;를 포함하고, 상기 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나는 복수의 나노 구조물을 포함하여, 광을 이용하여 층간 신호 전달이 이루어지도록 마련될 수 있다.
상기 제1층 및 제2층은 스택된 서로 다른 전자소자 칩, 포토닉 칩, 반도체 패키지 각각, 스택된 전자소자 칩 및 포토닉 칩 중 어느 하나와 반도체 패키지, 스택된 전자소자 칩과 포토닉 칩에 대응할 수 있다.
상기 광 송신부 및 광 수신부는 각각 물질층을 포함하며, 상기 제1 및 제2광학 안테나 각각은 상기 물질층에 구비된 복수의 나노 구조물을 구비할 수 있다.
상기 제1 및 제2광학 안테나의 복수의 나노 구조물은 상기 물질층에 대해 음각 구조를 가질 수 있다.
상기 물질층은 금속층일 수 있다.
상기 광 송신부 및 광 수신부 중 적어도 하나는 금속층을 포함하여 광신호를 표면 플라즈몬 형태로 전파하는 플라즈모닉 도파로;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나의 복수의 나노 구조물은 상기 플라즈모닉 도파로에 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나의 복수의 나노 구조물은 상기 플라즈모닉 도파로의 금속층에 음각 구조로 형성될 수 있다.
상기 플라즈모닉 도파로는 상기 금속층에 접하도록 형성된 유전체층;을 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈모닉 도파로는 상기 유전체층의 반대면에 금속층을 더 포함하여, 금속층-유전체층-금속층 구조를 이루도록 형성될 수 있다.
상기 광 송신부는 광원을 포함하며, 상기 광 수신부는 광검출기를 포함할 수 있다.
상기 광원은 레이저 광원일 수 있다.
상기 복수의 나노 구조물은, 슬롯 형상을 가지며, 공급부로서 동작하는 제1나노 구조물; 및 방향부로서 동작하는 적어도 하나의 제2나노 구조물;을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제2나노 구조물은 상기 제1나노 구조물과 소정 각도를 이룰 수 있다.
상기 복수의 나노 구조물은 반사부로서 동작하는 적어도 하나의 제3나노 구조물;을 더 포함할 수 있다.
상기 제3나노 구조물은 상기 제2나노 구조물과 나란하도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 나노 구조물은 송수신되는 광의 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다.
상기 광 송신부 및 광 수신부의 복수의 나노 구조물은 서로 상하 반전된 구조로 형성될 수 있다.
상기 광 송신부 및 광 수신부는 층-대-층 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어질 수 있다.
상기 광 송신부 및 광 수신부는, 칩-대-칩 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어지도록 서로 다른 칩에 마련될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션에 따르면, 광학 안테나를 이용하여 고지향성의 빔을 송,수신함으로써, 수직 적층 구조에서 각 층간의 통신 문제를 별도의 구조물 없이 광 전달 방식으로 해결할 수 있으므로, 집적 회로를 간략화할 수 있으며, 이러한 집적 회로의 3차원적인 집적을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션 원리를 개략적으로 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션을 위해 적용할 수 있는 광학 안테나의 일예를 개략적으로 보여준다.
도 3은 광학 안테나와 플라즈모닉 도파로의 복합 구조를 보여준다.
도 4는 도 3의 광학 안테나와 플라즈모닉 도파로의 복합 구조를 광 송신부와 광 수신부로 적용하여 층간 광 인터커넥션이 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로를 보여준다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 집적 회로를 개략적으로 보여준다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 집적 회로에 적용될 수 있는 광 송신부의 예를 보여준다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 집적 회로에 적용될 수 있는 광 수신부의 예를 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적회로의 광 인터커넥션을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션 원리를 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 적층형 집적 회로의 수직 적층 구조에서 층간 광신호 전달은 소정 층 예컨대, 아래층에서 발생되어 입력되는 광신호를 일 광학 안테나(optical antenna:1)를 이용하여 송신하여, 수직 방향으로 다른 위치에 있는 층에 마련된 다른 광학 안테나(5)로 수신하고, 이 다른 광학 안테나(5)를 통하여 광신호를 출력하는 과정을 통해 이루어질 수 있다. 이러한 광 인터커넥션은, 별도의 구조물 없이 광학적인 통신 경로 즉, 광학적 비아(optical VIA)를 구현할 수 있다.
일반적인 3차원 적층 구조에서는, 각층을 꿰뚫는 비아 홀(VIA hole)을 만들고, 금속으로 채워 넣어 통신 경로 즉, 전자의 이동 경로를 확보한다.
반면에, 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로와 같이 광 인터커넥션을 적용하는 경우에는, 각 층간의 신호 전달을 위한 별도의 통신 경로를 확보할 필요 없이 두 광학 안테나(1)(5) 사이의 통신(즉, 신호 전달)이 가능하다. 이는 통신을 위해 광 인터커넥션 등에 사용되는 광의 사용 파장이 상대적으로 긴 파장 예컨대, 적외선 파장이고, 이러한 긴 파장에서는 금속을 제외한 대부분의 반도체 물질이나 유전체 물질 등이 광을 투과시킬 수 있기 때문이다.
이러한 광 인터커넥션을 이용하면, 적층형 집적 회로에서, 전자의 이동을 이용하는 경우 반드시 도체 선로를 필요로 하는 것과는 달리 광을 이용하여 전자기파 복사 형태로 층간 신호를 전달할 수 있다. 광은 가장 빨리 정보를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 중첩 원리에 의해 각 신호간의 간섭이 없다.
이러한 층간 광 전달을 위해 적용되는 광학 안테나(1)(5)는 광을 특정 방향으로만 진행시키는 구조를 의미하여, 그 진행 방향 등은 구조물의 구성, 크기, 간격, 구성 물질 층에 의해 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션을 위해 적용할 수 있는 광학 안테나는 예를 들어, 도 2에서와 같이 복수의 나노 구조물을 포함할 수 있으며, 전파되는 광의 방향은 광학 안테나 면에 수직 방향으로 진행성분을 지니고 있으므로, 수직 방향으로 다른 층에 광신호를 전달할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션을 위해 적용할 수 있는 광학 안테나(10)의 일예를 개략적으로 보여준다.
도 2를 참조하면, 광학 안테나(10)는, 물질층(11)에 구비된 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)을 포함할 수 있다. 상기 물질층(11)은 금속층일 수 있으며, 이에 의해 광학 안테나(10)에서는 입력 광신호에 대해 표면 플라즈몬이 발생하게 된다. 또한, 상기 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은 물질층(11)에 대해 음각 구조로 형성될 수 있다. 상기 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은 슬롯 형상을 가질 수 있으며, 이러한 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)의 크기, 형상, 배치 간격, 구성 물질 등에 따라 입력되는 광신호의 진행 방향이 조절될 수 있다.
상기 복수의 나노 구조물(15)(17)(19) 각각은 송,수신되는 광의 파장보다 작은 치수를 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 치수는 나노 구조물의 길이, 나노 구조물 사이의 간격 등을 의미할 수 있다.
상기 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은 제1나노 구조물(15), 적어도 하나의 제2나노 구조물(17)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은, 적어도 하나의 제3나노 구조물(19)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1나노 구조물(15)은 입력되는 광신호에 대해 표면 플라즈몬이 발생되는 공급부(feed)로서 동작할 수 있다. 상기 제2나노 구조물(17)과 제3나노 구조물(19)은 광의 방향을 가이드하는 방향부(director)나 광을 반사시키는 반사부(reflector)로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2나노 구조물(17)과 제3나노 구조물(19)의 크기, 모양, 제1나노 구조물(15)과 제2나노 구조물(17) 사이의 간격, 제1나노 구조물(15)과 제3나노 구조물(19) 사이의 간격 중 적어도 하나를 조절하여 광의 방향을 제어할 수 있다.
공급부로서 동작하는 하는 제1나노 구조물(15)은 방향부로서 동작하는 제2나노 구조물(17)과 소정 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 제2나노 구조물(17)은 반사부로서 동작하는 제3나노 구조물(19)과 나란하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 입력되는 광신호의 편광 방향이 x축 방향과 나란할 때, 제1나노 구조물(15)은 그 긴 폭이 편광 방향에 대해 대략 45도를 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 및/또는 제3나노 구조물(17)(19)은 그 긴 폭이 입력되는 광신호의 편광 방향과 나란하도록 형성될 수 있다. 나노 구조물에서는 그 긴 폭과 나란한 편광 성분의 광이 입력되면 짧은 폭과 나란한 성분의 표면 플라즈몬이 나오게 된다.
도 3은 광학 안테나(10)와 플라즈모닉 도파로(plasmonic waveguide: 30)의 복합 구조를 보여준다. 도 3의 복합 구조는 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로에서, 광 송신부 및 광 수신부 중 적어도 어느 하나로 적용할 수 있다. 도 3에서는 도 2의 광학 안테나(10)를 적용한 예를 보여주는데, 이는 예시적인 것으로, 복합 구조에 적용되는 광학 안테나(10)의 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은 다양한 변형이 가능하다.
도 3을 참조하면, 플라즈모닉 도파로(30)는 금속층(31)을 포함하여, 광신호를 표면 플라즈몬 형태로 전파하도록 마련된다. 플라즈모닉 도파로(30)는 금속층(31)에 접하도록 형성된 유전체층(33)을 더 포함할 수 있다. 또한, 플라즈모닉 도파로(30)는, 상기 유전체층(33)의 반대면에 금속층(35)을 더 포함하여, 금속층(31)-유전체층(33)-금속층(35) 구조를 이루도록 형성될 수 있다.
상기 플라즈모닉 도파로(30)에는 광학 안테나(10)를 구성하는 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학 안테나(10)를 구성하는 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은 상기 플라즈모닉 도파로(30)의 금속층(31)에 음각 구조로 형성될 수 있다.
상기와 같은 광학 안테나(10)와 플라즈모닉 도파로(30)의 복합 구조에 따르면 예를 들어, 금속층(31)-유전체층(33)-금속층(35) 구조의 플라즈모닉 도파로(30)를 통해 원하는 광신호를 표면 플라즈몬 형태로 전파시킬 수 있으며, 광학 안테나(10)를 만나서 특정 방향으로 복사시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 광학 안테나(10)와 플라즈모닉 도파로(30)의 복합 구조를 광 송신부(110)와 광 수신부(210)로 적용하여 층간 광 인터커넥션이 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층형 집적 회로는 광을 이용하여 층간 신호 전달이 이루어지는 광 인터커넥션을 위해, 지향성 광을 출력하는 제1광학 안테나(optical antenna:130)을 포함하는 광 송신부(110)와, 상기 광 송신부(110)로부터 전송되는 광을 수신하도록 제2광학 안테나(230)를 포함하는 광 수신부(210)를 포함한다. 상기 광 송신부(110)는 제1층(100)에 위치하며, 상기 광 수신부(210)는 수직 방향으로 상기 제1층(100)과는 다른 제2층(200)에 위치하여 광 수신부(210)와 이격되게 위치된다. 여기서, 상기 제1층(100)과 제2층(200)은 스택 구조를 이루는 것으로, 서로 인접하거나, 그 사이에 적어도 한층 이상이 더 존재할 수 있다.
상기 광 송신부(110) 및 광 수신부(210)는 층-대-층 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어지도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 광 송신부(110) 및 광 수신부(210)는, 칩-대-칩 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어지도록 서로 다른 칩에 마련될 수 있으며, 칩-대-회로 기판, 회로기판-대-회로 기판 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어지도록 마련될 수도 있다.
이를 위하여, 상기 제1층(100) 및 제2층(200)은 각각 스택된 서로 다른 전자소자(electrical device) 칩, 스택된 서로 다른 포토닉 소자(photonic device) 칩에 해당할 수 있으며, 이 경우, 제1층(100) 및 제2층(200)을 이루는 전자소자 칩은 일 회로 기판에 스택되거나, 서로 다른 회로 기판에 형성되고 회로 기판들이 서로 스택될 수도 있다. 상기 제1 및 제2층(200) 중 어느 하나는 전자소자 칩, 나머지 하나는 상기 전자소자 칩과 스택된 포토닉 소자 칩에 해당할 수 있으며, 이 경우, 전자소자 칩 및 포토닉 소자 칩은 일 회로 기판에 스택되거나, 서로 다른 회로 기판에 형성되고 회로 기판들이 서로 스택될 수도 있다. 또한, 상기 제1층(100) 및 제2층(200) 중 어느 하나는 스택된 전자소자 칩 및 포토닉 소자 칩 중 어느 하나이고, 나머지 하나는 전자소자 칩 및 포토닉 소자 칩 중 적어도 하나가 집적된 회로 기판에 해당할 수 있다. 이 경우, 특정 칩과 회로 기판 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2층(200)은, 스택된 서로 다른 회로 기판일 수 있으며, 이때 회로 기판 각각에는 전자소자 칩 및 포토닉 소자 칩 중 적어도 하나가 집적될 수 있다.
또한, 상기 제1층(100) 및 제2층(200)은, 동일 전자소자 칩이나 포토닉 소자 칩 내에서, 수직 방향으로 적층된 서로 다른 기능을 하는 요소에 해당할 수도 있다.
도 4에서는 제1층(100)에 광 송신부(110)가 마련되고 제2층(200)에 광 수신부(210)가 마련된 것으로 도시하고 있는데, 제1층(100)에는 그 아래의 다른 층과의 광 인터커넥션을 위해 광 수신부가 더 마련되고, 제2층(200)에는 그 위쪽의 다른 층과의 광 인터커넥션을 위해 광 송신부가 더 마련될 수 있다. 이와 같이, 통신을 요구하는 층들 사이에는 서로 대응되게 광 송신부와 광 수신부 쌍이 마련될 수 있다.
상기 광 송신부(110)는 제1광학 안테나(130)와, 금속층(31)을 포함하여 광신호를 표면 플라즈몬 형태로 전파하는 플라즈모닉 도파로(150)를 포함할 수 있다. 상기 광 수신부(210)는 제2광학 안테나(230)와, 금속층(31)을 포함하여 광신호를 표면 플라즈몬 형태로 전파하는 플라즈모닉 도파로(250)를 포함할 수 있다.
상기 광 송신부(110)와 광 수신부(210)는 각각 제1 및 제2광학 안테나(130)(230)로서 복수의 나노 구조물을 포함하며, 이때 제1광학 안테나(130)의 복수의 나노 구조물과 제2광학 안테나(230)의 복수의 나노 구조물은 서로 상하 반전된 구조로 형성될 수 있다. 즉, 광학 안테나는 복사 방향의 역방향으로만 광이 들어올 수 있으므로, 제1광학 안테나(130)에서 복사된 광을 수신하기 위해서는 제2광학 안테나(230)는 제1광학 안테나(130)와 상하 반전된 구조를 가져야 한다. 이와 같이, 광 송신부(110)와 상하 반전된 구조의 광 수신부(210)에서는 수신된 광이 다시 표면 플라즈몬 형태로 플라즈모닉 도파로(250)를 통해 진행돼 나아가게 된다.
상기 광 송신부(110)의 제1광학 안테나(130) 및 플라즈모닉 도파로(150), 상기 제2광 수신부(210)의 제1광학 안테나(130) 및 플라즈모닉 도파로(250)의 구조는 각각 도 3을 참조로 설명한 광학 안테나(10)와 플라즈모닉 도파로(30)의 복합 구조와 실질적으로 동일할 수 있다. 그러므로, 상기 광 송신부(110)의 제1광학 안테나(130) 및 플라즈모닉 도파로(150), 상기 제2광 수신부(210)의 제1광학 안테나(130) 및 플라즈모닉 도파로(250)의 구조에 대한 설명은 전술한 바를 참조하여 충분히 유추할 수 있으므로, 생략한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 집적 회로를 개략적으로 보여준다.
도 5는 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 집적 회로는, 광을 이용하여 층간 신호 전달이 이루어지는 광 인터커넥션을 위해, 지향성 광을 출력하는 제1광학 안테나(130)를 포함하는 광 송신부(300)와, 상기 광 송신부(300)로부터 전송되는 광을 수신하도록 제2광학 안테나(230)를 포함하는 광 수신부(400)를 포함한다. 상기 광 송신부(300)는 제1층(100)에 위치하며, 상기 광 수신부(400)는 수직 방향으로 상기 제1층(100)과는 다른 제2층(200)에 위치하여 광 수신부(400)와 이격되게 위치된다.
상기 광 송신부(300)와 광 수신부(400)는 각각 제1 및 제2광학 안테나(130)(230)로서 복수의 나노 구조물을 포함하며, 이 복수의 나노 구조물이 서로 상하 반전된 구조로 형성될 수 있다.
상기 광 송신부(300)는, 전기 신호를 직접적으로 광신호로 변환하여 광학 안테나를 통하여 한 방향으로 전송하도록, 도 6에서와 같이, 광원(350)과 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)을 포함하는 제1광학 안테나(130)를 포함할 수 있다. 상기 광원(350) 상에 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)을 포함하는 제1광학 안테나(130)가 집적될 수 있다. 이때, 상기 광원(350)은 레이저 광원일 수 있다.
전술한 실시예에서와 같이, 상기 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)은 제1나노 구조물(15), 적어도 하나의 제2나노 구조물(17)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 제3나노 구조물(19)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1나노 구조물(15)은 입력되는 광신호에 대해 표면 플라즈몬이 발생되는 공급부(feed)로서 동작할 수 있으며, 상기 제2나노 구조물(17)과 제3나노 구조물(19)은 광의 방향을 가이드하는 방향부(director)나 광을 반사시키는 반사부(reflector)로 동작할 수 있으므로, 제1나노 구조물(15)은 그 긴 폭이 광원(350)에서 발생되는 광의 편광 방향에 대해 대략 45도를 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 및/또는 제3나노 구조물(17)(19)은 그 긴 폭이 광원에서 발생되는 광의 편광 방향과 나란하도록 형성될 수 있다.
상기 광 수신부(400)는, 도 7에서와 같이, 광검출기(450)와 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)을 포함하는 제2광학 안테나(230)를 포함할 수 있다. 광검출기(450) 상에는 복수의 나노 구조물(15)(17)(19)을 포함하는 제2광학 안테나(230)가 집적될 수 있다. 제2광학 안테나(230)는 특정 방향으로 전송되어 오는 광신호를 수신하며, 상기 광검출기(405)는 제2광학 안테나(230)를 통해 수신된 광신호를 전기 신호로 변환한다.
상기와 같이, 상기 광 송신부(300)와 광 수신부(400)에 각각 광원(350) 예컨대, 레이저 광원과 광검출기(450)를 구비하는 구조에 따르면, 편광성이 있는 레이저 출력 소자에 광학 안테나를 집적하여 광신호를 특정 방향으로 송신할 수 있으며, 그 방향으로의 광신호를 광학 안테나가 집적된 광검출기에서 수신하여 전기 신호로 변환할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션에 따르면, 간단한 디자인으로 신호 전송이 가능하게 되므로, 기존 전자소자의 경우, 층-대-층, 칩-대-칩 통신을 위해 복잡한 배선 구조 도입이 필요했던 것에 비해, 배선 구조를 생략할 수 있다. 또한, 광속도로 신호가 전달되므로, 전자에 비해 월등히 빠른 전송속도가 얻어질 수 있어, 전자소자가 안고 있는 신호의 크로스토크(crosstalk) 문제가 사라지게 된다.
더욱이, 상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션에 따르면, 광신호 전달을 위해, 통상적으로 사용되는 도파로 구조와는 달리, 광학 안테나와 같은 구조물을 이용하여 광을 원하는 방향으로 직접 전송하여 수신할 수 있다. 그러므로, 기존의 도파로 구조가 가지고 있는 공간적 연결성 및 기하학적인 제약 요소가 사라질 수 있어, 이를 광 집적 회로 등에 적용하는 경우, 광 집적 회로 등의 간략화 및 그에 따른 3차원적인 집적이 용이해질 수 있다.
1,5,10...광학 안테나 11...물질층
15,17,9...나노 구조물 30,150,250...플라즈모닉 도파로
31,35...금속층 33...유전체층
100...제1층 110,300....광 송신부
130...제1광학 안테나 200...제2층
210,400...광 수신부 230...제2광학 안테나
350...광원 450...광검출기

Claims (22)

  1. 제1층에 위치하며, 지향성 광을 출력하는 제1광학 안테나를 포함하는 광 송신부와;
    상기 제1층과는 다른 제2층에 위치하여 상기 광 송신부와 이격되어 있으며, 상기 광 송신부로부터 전송되는 광을 수신하도록 제2광학 안테나를 포함하는 광 수신부;를 포함하고, 상기 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나는 복수의 나노 구조물을 포함하여, 광을 이용하여 층간 신호 전달이 이루어지는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1층 및 제2층은 스택된 서로 다른 전자소자 칩, 포토닉 칩, 반도체 패키지 각각, 스택된 전자소자 칩 및 포토닉 칩 중 어느 하나와 반도체 패키지, 스택된 전자소자 칩과 포토닉 칩에 대응하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 송신부 및 광 수신부는 각각 물질층을 포함하며,
    상기 제1 및 제2광학 안테나 각각은 상기 물질층에 구비된 복수의 나노 구조물을 구비하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학 안테나의 복수의 나노 구조물은 상기 물질층에 대해 음각 구조를 가지는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  5. 제3항에 있어서, 상기 물질층은 금속층인 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광 송신부 및 광 수신부 중 적어도 하나는 금속층을 포함하여 광신호를 표면 플라즈몬 형태로 전파하는 플라즈모닉 도파로;를 더 포함하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나의 복수의 나노 구조물은 상기 플라즈모닉 도파로에 형성된 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2광학 안테나 중 적어도 하나의 복수의 나노 구조물은 상기 플라즈모닉 도파로의 금속층에 음각 구조로 형성된 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  9. 제6항에 있어서, 상기 플라즈모닉 도파로는 상기 금속층에 접하도록 형성된 유전체층;을 더 포함하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  10. 제9항에 있어서, 상기 플라즈모닉 도파로는 상기 유전체층의 반대면에 금속층을 더 포함하여, 금속층-유전체층-금속층 구조를 이루도록 형성된 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광 송신부는 광원을 포함하며, 상기 광 수신부는 광검출기를 포함하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광원은 레이저 광원인 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 나노 구조물은, 슬롯 형상을 가지며, 공급부로서 동작하는 제1나노 구조물; 및 방향부로서 동작하는 적어도 하나의 제2나노 구조물;을 포함하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제2나노 구조물은 상기 제1나노 구조물과 소정 각도를 이루는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 나노 구조물은 반사부로서 동작하는 적어도 하나의 제3나노 구조물;을 더 포함하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제3나노 구조물은 상기 제2나노 구조물과 나란하도록 형성되는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  17. 제13항에 있어서, 상기 복수의 나노 구조물은 반사부로서 동작하는 적어도 하나의 제3나노 구조물;을 더 포함하는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제3나노 구조물은 상기 제2나노 구조물과 나란하도록 형성되는 적층형 집적 회로의 광 인터커넥션.
  19. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 나노 구조물은 송수신되는 광의 파장보다 작은 치수를 가지는 광 인터커넥션.
  20. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 송신부 및 광 수신부의 복수의 나노 구조물은 서로 상하 반전된 구조로 형성된 광 인터커넥션.
  21. 제1항 또는 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 송신부 및 광 수신부는 층-대-층 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어지도록 마련된 광 인터커넥션.
  22. 제1항 또는 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 송신부 및 광 수신부는, 칩-대-칩 사이의 통신이 광을 이용하여 이루어지도록 서로 다른 칩에 마련된 광 인터커넥션.
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