Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması

Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması
Şekil 1, iki malzeme sisteminin, indiyum Fosfor (InP) ve silikonun (Si) karşılaştırmasını göstermektedir. İndiyumun nadir olması InP'yi Si'den daha pahalı bir malzeme haline getirir. Silikon bazlı devreler daha az epitaksiyel büyüme içerdiğinden, silikon bazlı devrelerin verimi genellikle InP devrelerinden daha yüksektir. Silikon bazlı devrelerde genellikle yalnızca elektronik devrelerde kullanılan germanyum (Ge)Fotodedektör(ışık dedektörleri), epitaksiyel büyüme gerektirirken, InP sistemlerinde pasif dalga kılavuzlarının bile epitaksiyel büyüme ile hazırlanması gerekir. Epitaksiyel büyüme, kristal külçe gibi tek kristal büyümeden daha yüksek bir kusur yoğunluğuna sahip olma eğilimindedir. InP dalga kılavuzları yalnızca enine yönde yüksek kırılma indeksi kontrastına sahipken, silikon bazlı dalga kılavuzları hem enine hem de boyuna yönde yüksek kırılma indeksi kontrastına sahiptir; bu da silikon bazlı cihazların daha küçük bükülme yarıçapları ve diğer daha kompakt yapılar elde etmesine olanak tanır. InGaAsP'nin doğrudan bant aralığı vardır, Si ve Ge'nin ise yoktur. Sonuç olarak InP malzeme sistemleri lazer verimliliği açısından üstündür. InP sistemlerinin içsel oksitleri, Si'nin içsel oksitleri olan silikon dioksit (SiO2) kadar kararlı ve sağlam değildir. Silikon, InP'den daha güçlü bir malzemedir ve InP'deki 75 mm'ye kıyasla daha büyük levha boyutlarının, yani 300 mm'den (yakında 450 mm'ye yükseltilecektir) kullanılmasına olanak tanır. InPmodülatörlergenellikle sıcaklığın neden olduğu bant kenarı hareketinden dolayı sıcaklığa duyarlı olan kuantumla sınırlı Stark etkisine bağlıdır. Buna karşılık silikon bazlı modülatörlerin sıcaklığa bağımlılığı çok küçüktür.

Silikon fotonik teknolojisinin genellikle yalnızca düşük maliyetli, kısa menzilli, yüksek hacimli ürünler (yılda 1 milyondan fazla parça) için uygun olduğu düşünülmektedir. Bunun nedeni, maske ve geliştirme maliyetlerini dağıtmak için büyük miktarda levha kapasitesinin gerekli olduğunun yaygın olarak kabul edilmesidir.silikon fotonik teknolojisişehirden şehre bölgesel ve uzun mesafeli ürün uygulamalarında önemli performans dezavantajlarına sahiptir. Ancak gerçekte bunun tersi doğrudur. Düşük maliyetli, kısa menzilli, yüksek verimli uygulamalarda dikey boşluklu yüzey yayan lazer (VCSEL) vedoğrudan modülasyonlu lazer (DML lazer): Doğrudan modüle edilmiş lazer, büyük bir rekabet baskısı oluşturmaktadır ve lazerleri kolayca entegre edemeyen silikon bazlı fotonik teknolojinin zayıflığı, önemli bir dezavantaj haline gelmiştir. Buna karşılık metroda, uzun mesafeli uygulamalarda, silikon fotonik teknolojisi ile dijital sinyal işlemenin (DSP) birlikte entegre edilmesinin tercih edilmesi nedeniyle (ki bu genellikle yüksek sıcaklıktaki ortamlardadır), lazeri ayırmak daha avantajlıdır. Ek olarak tutarlı algılama teknolojisi, karanlık akımın yerel osilatör fotoakımından çok daha küçük olması sorunu gibi silikon fotonik teknolojisinin eksikliklerini büyük ölçüde telafi edebilir. Aynı zamanda, maske ve geliştirme maliyetlerini karşılamak için büyük miktarda plaka kapasitesinin gerekli olduğunu düşünmek de yanlıştır, çünkü silikon fotonik teknolojisi, en gelişmiş tamamlayıcı metal oksit yarı iletkenlerden (CMOS) çok daha büyük düğüm boyutları kullanır. dolayısıyla gerekli maskeler ve üretim süreçleri nispeten ucuz.