Comparația sistemelor de materiale cu circuite integrate fotonice

Comparația sistemelor de materiale cu circuite integrate fotonice
Figura 1 prezintă o comparație a două sisteme de materiale, indiu fosfor (InP) și siliciu (Si). Raritatea indiului face din InP un material mai scump decât Si. Deoarece circuitele pe bază de siliciu implică mai puțină creștere epitaxială, randamentul circuitelor pe bază de siliciu este de obicei mai mare decât cel al circuitelor InP. În circuitele pe bază de siliciu, germaniu (Ge), care este de obicei folosit doar înFotodetector(detectoare de lumină), necesită creștere epitaxială, în timp ce în sistemele InP, chiar și ghidurile de undă pasive trebuie pregătite prin creșterea epitaxială. Creșterea epitaxială tinde să aibă o densitate de defect mai mare decât creșterea unui singur cristal, cum ar fi dintr-un lingot de cristal. Ghidurile de undă InP au un contrast ridicat de indice de refracție doar transversal, în timp ce ghidurile de undă pe bază de siliciu au un contrast ridicat de indice de refracție atât transversal, cât și longitudinal, ceea ce permite dispozitivelor pe bază de siliciu să atingă raze de îndoire mai mici și alte structuri mai compacte. InGaAsP are un band gap direct, în timp ce Si și Ge nu. Ca rezultat, sistemele de materiale InP sunt superioare în ceea ce privește eficiența laserului. Oxizii intrinseci ai sistemelor InP nu sunt la fel de stabili și robusti ca oxizii intrinseci de Si, dioxid de siliciu (SiO2). Siliciul este un material mai rezistent decât InP, permițând utilizarea de dimensiuni mai mari ale plachetelor, adică de la 300 mm (în curând va fi actualizat la 450 mm) față de 75 mm în InP. InPmodulatoridepind de obicei de efectul Stark limitat la cuantum, care este sensibil la temperatură datorită mișcării marginii benzii cauzate de temperatură. În schimb, dependența de temperatură a modulatorilor pe bază de siliciu este foarte mică.

Tehnologia fotonică a siliciului este, în general, considerată potrivită numai pentru produse cu costuri reduse, cu rază scurtă de acțiune și cu volum mare (mai mult de 1 milion de bucăți pe an). Acest lucru se datorează faptului că este larg acceptat că este necesară o cantitate mare de capacitate de napolitană pentru a distribui costurile de masca și de dezvoltare și cătehnologia fotonică a siliciuluiare dezavantaje semnificative de performanță în aplicațiile de produse regionale și pe distanțe lungi de la oraș la oraș. În realitate, însă, este adevărat opusul. În aplicații cu costuri reduse, cu rază scurtă de acțiune și cu randament ridicat, laserul cu emisie de suprafață cu cavitate verticală (VCSEL) șilaser cu modul direct (Laser DML): laserul modulat direct prezintă o presiune competitivă uriașă, iar slăbiciunea tehnologiei fotonice pe bază de siliciu care nu poate integra cu ușurință laserele a devenit un dezavantaj semnificativ. În schimb, în ​​metrou, aplicațiile pe distanțe lungi, din cauza preferinței pentru integrarea împreună a tehnologiei fotonicei cu siliciu și a procesării digitale a semnalului (DSP) (care este adesea în medii cu temperatură ridicată), este mai avantajos să se separe laserul. În plus, tehnologia de detectare coerentă poate compensa într-o mare măsură deficiențele tehnologiei fotonicei cu siliciu, cum ar fi problema că curentul de întuneric este mult mai mic decât fotocurentul oscilatorului local. În același timp, este, de asemenea, greșit să credem că este necesară o cantitate mare de capacitate a plachetelor pentru a acoperi costurile de masca și de dezvoltare, deoarece tehnologia fotonică a siliciului folosește dimensiuni ale nodurilor mult mai mari decât cele mai avansate semiconductori de oxid de metal complementar (CMOS), deci măștile necesare și ciclurile de producție sunt relativ ieftine.