Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması

Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması
Şekil 1, iki malzeme sisteminin, indiyum Fosfor (InP) ve silikonun (Si) karşılaştırılmasını göstermektedir. İndiyumun nadirliği, InP'yi Si'den daha pahalı bir malzeme yapar. Silikon bazlı devreler daha az epitaksiyel büyüme içerdiğinden, silikon bazlı devrelerin verimi genellikle InP devrelerinden daha yüksektir. Silikon bazlı devrelerde, genellikle yalnızcaFotodedektör(ışık dedektörleri), epitaksiyel büyüme gerektirirken, InP sistemlerinde pasif dalga kılavuzları bile epitaksiyel büyüme ile hazırlanmalıdır. Epitaksiyel büyüme, kristal külçe gibi tek kristal büyümesinden daha yüksek bir kusur yoğunluğuna sahip olma eğilimindedir. InP dalga kılavuzları yalnızca enine yönde yüksek kırılma indisi kontrastına sahipken, silikon bazlı dalga kılavuzları hem enine hem de boyuna yönde yüksek kırılma indisi kontrastına sahiptir ve bu da silikon bazlı cihazların daha küçük bükülme yarıçaplarına ve diğer daha kompakt yapılara ulaşmasını sağlar. InGaAsP'nin doğrudan bir bant aralığı vardır, Si ve Ge'nin ise yoktur. Sonuç olarak, InP malzeme sistemleri lazer verimliliği açısından üstündür. InP sistemlerinin içsel oksitleri, Si, silikon dioksit (SiO2)'in içsel oksitleri kadar kararlı ve sağlam değildir. Silikon, InP'den daha güçlü bir malzemedir ve daha büyük gofret boyutlarının kullanılmasına olanak tanır, yani InP'deki 75 mm'ye kıyasla 300 mm'den (yakında 450 mm'ye yükseltilecek). InPmodülatörlergenellikle sıcaklığa bağlı bant kenarı hareketi nedeniyle sıcaklığa duyarlı olan kuantumla sınırlı Stark etkisine bağlıdır. Buna karşılık, silikon tabanlı modülatörlerin sıcaklık bağımlılığı çok küçüktür.

Silikon fotonik teknolojisi genellikle yalnızca düşük maliyetli, kısa menzilli, yüksek hacimli ürünler (yılda 1 milyondan fazla parça) için uygun kabul edilir. Bunun nedeni, maske ve geliştirme maliyetlerini yaymak için büyük miktarda gofret kapasitesinin gerekli olduğunun yaygın olarak kabul edilmesi vesilikon fotonik teknolojisişehirden şehire bölgesel ve uzun mesafeli ürün uygulamalarında önemli performans dezavantajlarına sahiptir. Ancak gerçekte tam tersi doğrudur. Düşük maliyetli, kısa menzilli, yüksek verimli uygulamalarda, dikey boşluk yüzey yayıcı lazer (VCSEL) vedoğrudan modüle edilmiş lazer (DML lazer) : doğrudan modüle edilmiş lazer büyük bir rekabet baskısı oluşturur ve lazerleri kolayca entegre edemeyen silikon tabanlı fotonik teknolojisinin zayıflığı önemli bir dezavantaj haline gelmiştir. Buna karşılık, metroda, uzun mesafeli uygulamalarda, silikon fotonik teknolojisi ve dijital sinyal işlemeyi (DSP) birlikte entegre etme tercihi nedeniyle (ki bu genellikle yüksek sıcaklık ortamlarında gerçekleşir), lazeri ayırmak daha avantajlıdır. Ek olarak, tutarlı algılama teknolojisi, karanlık akımın yerel osilatör fotoakımından çok daha küçük olması gibi silikon fotonik teknolojisinin eksikliklerini büyük ölçüde telafi edebilir. Aynı zamanda, maske ve geliştirme maliyetlerini karşılamak için büyük miktarda gofret kapasitesine ihtiyaç duyulduğunu düşünmek de yanlıştır, çünkü silikon fotonik teknolojisi, en gelişmiş tamamlayıcı metal oksit yarı iletkenlerden (CMOS) çok daha büyük düğüm boyutları kullanır, bu nedenle gerekli maskeler ve üretim çalışmaları nispeten ucuzdur.