Poređenje sistema materijala fotonskih integrisanih kola

Poređenje sistema materijala fotonskih integrisanih kola
Slika 1 prikazuje poređenje dva materijalna sistema, indij-fosfor (InP) i silicijum (Si). Rijetkost indijuma čini InP skupljim materijalom od Si. Budući da kola na bazi silicija zahtijevaju manji epitaksijalni rast, prinos kola na bazi silicija je obično veći od prinosa InP kola. U kolima na bazi silicija, germanij (Ge), koji se obično koristi samo uFotodetektor(detektori svjetlosti), zahtijeva epitaksijalni rast, dok se u InP sistemima čak i pasivni talasovodi moraju pripremiti epitaksijalnim rastom. Epitaksijalni rast obično ima veću gustinu defekata nego rast monokristala, kao što je rast iz kristalnog ingota. InP talasovodi imaju visok kontrast indeksa prelamanja samo u poprečnom smjeru, dok talasovodi na bazi silicija imaju visok kontrast indeksa prelamanja i u poprečnom i u uzdužnom smjeru, što omogućava uređajima na bazi silicija da postignu manje radijuse savijanja i druge kompaktnije strukture. InGaAsP ima direktni energetski procjep, dok Si i Ge nemaju. Kao rezultat toga, InP materijalni sistemi su superiorniji u smislu laserske efikasnosti. Intrinzični oksidi InP sistema nisu toliko stabilni i robusni kao intrinzični oksidi Si, silicijum dioksida (SiO2). Silicijum je jači materijal od InP-a, što omogućava upotrebu većih veličina pločica, tj. od 300 mm (uskoro će biti nadograđeno na 450 mm) u poređenju sa 75 mm u InP-u. InPmodulatoriobično zavise od kvantno ograničenog Starkovog efekta, koji je osjetljiv na temperaturu zbog kretanja ruba pojasa uzrokovanog temperaturom. Nasuprot tome, temperaturna ovisnost modulatora na bazi silicija je vrlo mala.

Tehnologija silicijumske fotonike se generalno smatra pogodnom samo za jeftine, kratkodometne, visokoserijske proizvode (više od milion komada godišnje). To je zato što je široko prihvaćeno da je potreban veliki kapacitet pločica za raspodjelu troškova maski i razvoja, te da...tehnologija silicijumske fotonikeima značajne nedostatke u performansama u regionalnim i dugolinijskim primjenama proizvoda između gradova. Međutim, u stvarnosti je suprotno tačno. U jeftinim, kratkodometnim i visokoprinosnim primjenama, vertikalni šupljinski laser sa površinskim emitovanjem (VCSEL) idirektno modulirani laser (DML laser) : direktno modulirani laser predstavlja ogroman konkurentski pritisak, a slabost fotonske tehnologije na bazi silicija, koja ne može lako integrirati lasere, postala je značajan nedostatak. Nasuprot tome, u metro primjenama na velike udaljenosti, zbog preferencije integracije tehnologije silicijumske fotonike i digitalne obrade signala (DSP) zajedno (što se često događa u okruženjima visoke temperature), povoljnije je odvojiti laser. Osim toga, koherentna tehnologija detekcije može u velikoj mjeri nadoknaditi nedostatke tehnologije silicijumske fotonike, kao što je problem da je tamna struja mnogo manja od fotostruje lokalnog oscilatora. Istovremeno, pogrešno je misliti da je potreban veliki kapacitet pločice da bi se pokrili troškovi maske i razvoja, jer tehnologija silicijumske fotonike koristi veličine čvorova koje su mnogo veće od najnaprednijih komplementarnih metal-oksidnih poluprovodnika (CMOS), tako da su potrebne maske i proizvodni ciklusi relativno jeftini.