Fotonik entegre devre malzeme sistemlerinin karşılaştırılması
Şekil 1, indiyum fosfor (InP) ve silisyum (Si) olmak üzere iki malzeme sisteminin karşılaştırmasını göstermektedir. İndiyumun nadirliği, InP'yi Si'den daha pahalı bir malzeme yapmaktadır. Silisyum bazlı devrelerde daha az epitaksiyel büyüme söz konusu olduğundan, silisyum bazlı devrelerin verimi genellikle InP devrelerinden daha yüksektir. Silisyum bazlı devrelerde, genellikle yalnızca belirli alanlarda kullanılan germanyum (Ge) da bulunmaktadır.Fotodedektör(ışık dedektörleriInGaAsP, epitaksiyel büyüme gerektirirken, InP sistemlerinde pasif dalga kılavuzları bile epitaksiyel büyüme ile hazırlanmalıdır. Epitaksiyel büyüme, kristal külçesinden yapılan tek kristal büyümesine göre daha yüksek kusur yoğunluğuna sahip olma eğilimindedir. InP dalga kılavuzları yalnızca enine doğrultuda yüksek kırılma indisi kontrastına sahipken, silikon tabanlı dalga kılavuzları hem enine hem de boyuna doğrultuda yüksek kırılma indisi kontrastına sahiptir; bu da silikon tabanlı cihazların daha küçük bükme yarıçaplarına ve diğer daha kompakt yapılara ulaşmasını sağlar. InGaAsP'nin doğrudan bant aralığı vardır, oysa Si ve Ge'nin 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 bu da daha büyük wafer boyutlarının, yani InP'deki 75 mm'ye kıyasla 300 mm'den (yakında 450 mm'ye yükseltilecek) kullanılmasını sağlar.modülatörlerGenellikle, sıcaklığın neden olduğu bant kenarı hareketinden dolayı sıcaklığa duyarlı olan kuantum sınırlı Stark etkisine bağlıdırlar. 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 olarak kabul edilir. Bunun nedeni, maske ve geliştirme maliyetlerini dağıtmak için büyük miktarda wafer kapasitesine ihtiyaç duyulduğunun yaygın olarak kabul edilmesidir vesilikon fotonik teknolojisiŞehirler arası bölgesel ve uzun mesafeli ürün uygulamalarında önemli performans dezavantajlarına sahiptir. Ancak gerçekte bunun tam tersi doğrudur. Düşük maliyetli, kısa menzilli, yüksek verimli uygulamalarda, dikey boşluklu yüzeyden yayılan lazer (VCSEL) vedoğrudan modüle edilmiş lazer (DML lazerDoğrudan modüle edilmiş lazerler büyük bir rekabet baskısı oluşturmaktadır ve silikon tabanlı fotonik teknolojisinin lazerleri kolayca entegre edememesi önemli bir dezavantaj haline gelmiştir. Buna karşılık, metro ve uzun mesafeli uygulamalarda, silikon fotonik teknolojisi ve dijital sinyal işleme (DSP) birlikte entegre edilme tercihi nedeniyle (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, silikon fotonik teknolojisi en gelişmiş tamamlayıcı metal oksit yarı iletkenlerden (CMOS) çok daha büyük düğüm boyutları kullandığı için, gerekli maskeler ve üretim süreçleri nispeten ucuz olduğundan, maske ve geliştirme maliyetlerini karşılamak için büyük miktarda wafer kapasitesine ihtiyaç duyulduğunu düşünmek de yanlıştır.
Yayın tarihi: 02-08-2024