Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması

Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması
Şekil 1, iki malzeme sisteminin, indiyum Fosfor (InP) ve silisyum (Si)'un karşılaştırmasını göstermektedir. İndiyumun nadirliği, InP'yi Si'den daha pahalı bir malzeme haline getirir. Silisyum bazlı devreler daha az epitaksiyel büyüme içerdiğinden, silisyum bazlı devrelerin verimi genellikle InP devrelerinden daha yüksektir. Silisyum 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 varken, Si ve Ge'nin yoktur. Sonuç olarak, InP malzeme sistemleri lazer verimliliği açısından üstündür. InP sistemlerinin içsel oksitleri, Si'nin, silikon dioksitin (SiO2) içsel oksitleri kadar kararlı ve sağlam değildir. Silikon, InP'den daha güçlü bir malzemedir ve daha büyük gofret boyutlarının (örneğin, InP'deki 75 mm'ye kıyasla 300 mm'den (yakında 450 mm'ye yükseltilecektir) kullanılmasına olanak tanır. InPmodülatörlerGenellikle, sıcaklığın neden olduğu bant kenarı hareketinden dolayı sıcaklığa duyarlı olan kuantum sınırlı Stark etkisine bağlıdır. Buna karşılık, silikon tabanlı modülatörlerin sıcaklık bağımlılığı çok küçüktür.

Silikon fotonik teknolojisi genellikle yalnızca düşük maliyetli, kısa menzilli ve yüksek hacimli ürünler (yılda 1 milyondan fazla parça) için uygun kabul edilir. Bunun nedeni, maske ve geliştirme maliyetlerini düşürmek için büyük miktarda yonga kapasitesine ihtiyaç duyulduğunun yaygın olarak kabul edilmesi vesilikon fotonik teknolojisiŞehirler arası bölgesel ve uzun mesafeli ürün uygulamalarında önemli performans dezavantajlarına sahiptir. Ancak gerçekte durum tam tersidir. Düşük maliyetli, kısa menzilli, yüksek verimli uygulamalarda, dikey boşluklu yüzey yayıcı lazer (VCSEL) vedoğrudan modüle edilmiş lazer (DML lazer) : Doğrudan modüle edilmiş lazer büyük bir rekabet baskısı yaratır 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 işlemenin (DSP) birlikte entegre edilmesi tercih edildiğinden (ki bu genellikle yüksek sıcaklık ortamlarında gerçekleşir), lazeri ayırmak daha avantajlıdır. Ayrıca, 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 yonga 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 süreçleri nispeten ucuzdur.