Comparación de sistemas de materiais de circuítos integrados fotónicos

Comparación de sistemas de materiais de circuítos integrados fotónicos
A figura 1 mostra unha comparación de dous sistemas de materiais, o fósforo e o indio (InP) e o silicio (Si). A rareza do indio fai que o InP sexa un material máis caro que o Si. Debido a que os circuítos baseados en silicio implican un menor crecemento epitaxial, o rendemento dos circuítos baseados en silicio adoita ser maior que o dos circuítos InP. Nos circuítos baseados en silicio, o xermanio (Ge), que normalmente só se usa enFotodetector(detectores de luz), require crecemento epitaxial, mentres que nos sistemas de InP, mesmo as guías de onda pasivas deben prepararse mediante crecemento epitaxial. O crecemento epitaxial tende a ter unha maior densidade de defectos que o crecemento dun monocristal, como o dun lingote de cristal. As guías de onda de InP teñen un alto contraste de índice de refracción só en transversal, mentres que as guías de onda baseadas en silicio teñen un alto contraste de índice de refracción tanto en transversal como en lonxitudinal, o que permite que os dispositivos baseados en silicio consigan raios de curvatura máis pequenos e outras estruturas máis compactas. InGaAsP ten unha banda prohibida directa, mentres que Si e Ge non. Como resultado, os sistemas de materiais InP son superiores en termos de eficiencia láser. Os óxidos intrínsecos dos sistemas InP non son tan estables e robustos como os óxidos intrínsecos de Si, o dióxido de silicio (SiO2). O silicio é un material máis forte que o InP, o que permite o uso de tamaños de oblea máis grandes, é dicir, desde 300 mm (que pronto se actualizará a 450 mm) en comparación cos 75 mm en InP. InPmoduladoresnormalmente dependen do efecto Stark confinado cuánticamente, que é sensible á temperatura debido ao movemento do bordo da banda causado pola temperatura. En contraste, a dependencia da temperatura dos moduladores baseados en silicio é moi pequena.

A tecnoloxía fotónica de silicio considérase xeralmente axeitada só para produtos de baixo custo, curto alcance e gran volume (máis dun millón de pezas ao ano). Isto débese a que se acepta amplamente que se require unha gran capacidade de oblea para distribuír os custos de máscara e desenvolvemento, e quetecnoloxía fotónica de silicioten desvantaxes significativas no rendemento en aplicacións de produtos rexionais e de longa distancia entre cidades. Non obstante, na realidade, ocorre o contrario. En aplicacións de baixo custo, curto alcance e alto rendemento, o láser de emisión superficial de cavidade vertical (VCSEL) eláser de modulación directa (Láser DML) : o láser de modulación directa supón unha enorme presión competitiva, e a debilidade da tecnoloxía fotónica baseada en silicio, que non pode integrar láseres facilmente, converteuse nunha desvantaxe significativa. Pola contra, nas aplicacións metropolitanas de longa distancia, debido á preferencia por integrar a tecnoloxía fotónica de silicio e o procesamento dixital de sinais (DSP) xuntos (que adoita ocorrer en ambientes de alta temperatura), é máis vantaxoso separar o láser. Ademais, a tecnoloxía de detección coherente pode compensar en gran medida as deficiencias da tecnoloxía fotónica de silicio, como o problema de que a corrente escura é moito menor que a fotocorrente do oscilador local. Ao mesmo tempo, tamén é erróneo pensar que se necesita unha gran capacidade de oblea para cubrir os custos de máscara e desenvolvemento, porque a tecnoloxía fotónica de silicio utiliza tamaños de nodo que son moito maiores que os semicondutores de óxido metálico complementarios (CMOS) máis avanzados, polo que as máscaras e as tiradas de produción requiridas son relativamente baratas.