Porównanie fotonicznych układów materiałowych układów scalonych

Porównanie fotonicznych układów materiałowych układów scalonych
Rysunek 1 przedstawia porównanie dwóch układów materiałowych, indu, fosforu (InP) i krzemu (Si). Rzadkość indu sprawia, że ​​InP jest materiałem droższym niż Si. Ponieważ obwody na bazie krzemu charakteryzują się mniejszym wzrostem epitaksjalnym, wydajność obwodów na bazie krzemu jest zwykle wyższa niż w przypadku obwodów InP. W obwodach krzemowych german (Ge), który jest zwykle używany tylko wFotodetektor(detektory światła), wymaga wzrostu epitaksjalnego, podczas gdy w systemach InP nawet pasywne falowody muszą być przygotowane przez wzrost epitaksjalny. Wzrost epitaksjalny ma zwykle większą gęstość defektów niż wzrost pojedynczego kryształu, na przykład z wlewka kryształu. Falowody InP charakteryzują się wysokim kontrastem współczynnika załamania światła tylko w kierunku poprzecznym, podczas gdy falowody na bazie krzemu mają wysoki kontrast współczynnika załamania światła zarówno w kierunku poprzecznym, jak i wzdłużnym, co pozwala urządzeniom opartym na krzemie osiągać mniejsze promienie zginania i inne bardziej zwarte struktury. InGaAsP ma bezpośrednie pasmo wzbronione, podczas gdy Si i Ge nie. W rezultacie systemy materiałów InP są lepsze pod względem wydajności lasera. Samoistne tlenki systemów InP nie są tak stabilne i wytrzymałe jak wewnętrzne tlenki Si, dwutlenku krzemu (SiO2). Krzem jest materiałem mocniejszym od InP, co pozwala na zastosowanie płytek o większych rozmiarach, tj. od 300 mm (wkrótce do 450 mm) w porównaniu do 75 mm w InP. InPmodulatoryzwykle zależą od ograniczonego kwantowo efektu Starka, który jest wrażliwy na temperaturę ze względu na ruch krawędzi pasma spowodowany temperaturą. Natomiast zależność temperaturowa modulatorów na bazie krzemu jest bardzo mała.

Technologia fotoniki krzemowej jest ogólnie uważana za odpowiednią jedynie w przypadku tanich produktów o krótkim zasięgu i dużych ilościach (ponad 1 milion sztuk rocznie). Dzieje się tak dlatego, że powszechnie przyjmuje się, że do rozłożenia maski i kosztów rozwoju wymagana jest duża pojemność płytki i tak dalejtechnologia fotoniki krzemowejma znaczące wady w zakresie wydajności w zastosowaniach regionalnych i długodystansowych w transporcie miejskim. W rzeczywistości jest jednak odwrotnie. W tanich zastosowaniach o krótkim zasięgu i wysokiej wydajności, laser emitujący powierzchnię z pionową wnęką (VCSEL) iLaser modulowany bezpośrednio (lasera DML): bezpośrednio modulowany laser stwarza ogromną presję konkurencyjną, a słabość krzemowej technologii fotonicznej, która nie pozwala na łatwą integrację laserów, stała się znaczącą wadą. Natomiast w metrze i zastosowaniach na duże odległości, ze względu na preferowaną integrację technologii fotoniki krzemowej i cyfrowego przetwarzania sygnału (DSP) razem (co często odbywa się w środowiskach o wysokiej temperaturze), bardziej korzystne jest oddzielenie lasera. Ponadto technologia spójnej detekcji może w dużym stopniu zrekompensować niedociągnięcia technologii fotoniki krzemowej, takie jak problem polegający na tym, że prąd ciemny jest znacznie mniejszy niż fotoprąd lokalnego oscylatora. Jednocześnie błędne jest również myślenie, że do pokrycia kosztów maski i rozwoju potrzebna jest duża pojemność płytki, ponieważ technologia fotoniki krzemowej wykorzystuje rozmiary węzłów, które są znacznie większe niż w przypadku najbardziej zaawansowanych półprzewodników komplementarnych tlenków metali (CMOS), więc wymagane maski i serie produkcyjne są stosunkowo tanie.