Σύγκριση συστημάτων φωτονικών υλικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

Σύγκριση συστημάτων φωτονικών υλικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Το Σχήμα 1 δείχνει μια σύγκριση δύο συστημάτων υλικών, του φωσφόρου του ινδίου (InP) και του πυριτίου (Si). Η σπανιότητα του ινδίου καθιστά το InP πιο ακριβό υλικό από το Si. Επειδή τα κυκλώματα με βάση το πυρίτιο περιλαμβάνουν μικρότερη επιταξιακή ανάπτυξη, η απόδοση των κυκλωμάτων με βάση το πυρίτιο είναι συνήθως υψηλότερη από αυτή των κυκλωμάτων InP. Σε κυκλώματα με βάση το πυρίτιο, το γερμάνιο (Ge), το οποίο συνήθως χρησιμοποιείται μόνο σεΦωτοανιχνευτής(ανιχνευτές φωτός), απαιτεί επιταξιακή ανάπτυξη, ενώ στα συστήματα InP, ακόμη και οι παθητικοί κυματοδηγοί πρέπει να προετοιμάζονται με επιταξιακή ανάπτυξη. Η επιταξιακή ανάπτυξη τείνει να έχει υψηλότερη πυκνότητα ελαττώματος από την ανάπτυξη ενός κρυστάλλου, όπως από ένα κρυσταλλικό πλινθίο. Οι κυματοδηγοί InP έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης μόνο στην εγκάρσια, ενώ οι κυματοδηγοί με βάση το πυρίτιο έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης τόσο σε εγκάρσιο όσο και σε διαμήκη, γεγονός που επιτρέπει στις συσκευές με βάση το πυρίτιο να επιτυγχάνουν μικρότερες ακτίνες κάμψης και άλλες πιο συμπαγείς δομές. Το InGaAsP έχει άμεσο χάσμα ζώνης, ενώ το Si και το Ge όχι. Ως αποτέλεσμα, τα συστήματα υλικών InP είναι ανώτερα όσον αφορά την απόδοση λέιζερ. Τα εγγενή οξείδια των συστημάτων InP δεν είναι τόσο σταθερά και ανθεκτικά όσο τα εγγενή οξείδια του Si, το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2). Το πυρίτιο είναι ένα ισχυρότερο υλικό από το InP, επιτρέποντας τη χρήση μεγαλύτερων μεγεθών γκοφρέτας, δηλαδή από 300 mm (σύντομα θα αναβαθμιστεί σε 450 mm) σε σύγκριση με 75 mm στο InP. InPδιαμορφωτέςσυνήθως εξαρτώνται από το κβαντικό περιορισμένο φαινόμενο Stark, το οποίο είναι ευαίσθητο στη θερμοκρασία λόγω της κίνησης της ακμής της ζώνης που προκαλείται από τη θερμοκρασία. Αντίθετα, η εξάρτηση από τη θερμοκρασία των διαμορφωτών με βάση το πυρίτιο είναι πολύ μικρή.

Η τεχνολογία φωτονικής πυριτίου θεωρείται γενικά κατάλληλη μόνο για προϊόντα χαμηλού κόστους, μικρής εμβέλειας και μεγάλου όγκου (πάνω από 1 εκατομμύριο τεμάχια ετησίως). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι ευρέως αποδεκτό ότι απαιτείται μεγάλη ποσότητα χωρητικότητας γκοφρέτας για την κατανομή του κόστους μάσκας και ανάπτυξης, και ότιτεχνολογία φωτονικής πυριτίουέχει σημαντικά μειονεκτήματα απόδοσης σε περιφερειακές εφαρμογές από πόλη σε πόλη και εφαρμογές προϊόντων μεγάλων αποστάσεων. Στην πραγματικότητα, όμως, ισχύει το αντίθετο. Σε εφαρμογές χαμηλού κόστους, μικρής εμβέλειας, υψηλής απόδοσης, λέιζερ εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας (VCSEL) καιλέιζερ άμεσης διαμόρφωσης (Λέιζερ DML): Το άμεσα διαμορφωμένο λέιζερ δημιουργεί τεράστια ανταγωνιστική πίεση και η αδυναμία της φωτονικής τεχνολογίας με βάση το πυρίτιο που δεν μπορεί εύκολα να ενσωματώσει τα λέιζερ έχει γίνει ένα σημαντικό μειονέκτημα. Αντίθετα, σε εφαρμογές μετρό, μεγάλων αποστάσεων, λόγω της προτίμησης για ενσωμάτωση της τεχνολογίας φωτονικής πυριτίου και της επεξεργασίας ψηφιακού σήματος (DSP) μαζί (η οποία είναι συχνά σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας), είναι πιο πλεονεκτικό ο διαχωρισμός του λέιζερ. Επιπλέον, η τεχνολογία συνεκτικής ανίχνευσης μπορεί να καλύψει τις ελλείψεις της τεχνολογίας φωτονικής πυριτίου σε μεγάλο βαθμό, όπως το πρόβλημα ότι το σκοτεινό ρεύμα είναι πολύ μικρότερο από το φωτορεύμα του τοπικού ταλαντωτή. Ταυτόχρονα, είναι επίσης λάθος να πιστεύουμε ότι απαιτείται μεγάλη χωρητικότητα πλακιδίων για την κάλυψη του κόστους μάσκας και ανάπτυξης, επειδή η τεχνολογία φωτονικής πυριτίου χρησιμοποιεί μεγέθη κόμβων που είναι πολύ μεγαλύτερα από τους πιο προηγμένους συμπληρωματικούς ημιαγωγούς οξειδίων μετάλλων (CMOS). έτσι οι απαιτούμενες μάσκες και οι σειρές παραγωγής είναι σχετικά φθηνές.