Sammenligning av fotoniske integrerte kretsmaterialsystemer

Sammenligning av fotoniske integrerte kretsmaterialsystemer
Figur 1 viser en sammenligning av to materialsystemer, indiumfosfor (InP) og silisium (Si). Sjeldenheten til indium gjør InP til et dyrere materiale enn Si. Fordi silisiumbaserte kretser involverer mindre epitaksial vekst, er utbyttet av silisiumbaserte kretser vanligvis høyere enn for InP-kretser. I silisiumbaserte kretsløp, germanium (Ge), som vanligvis bare brukes iFotodetektor(lysdetektorer), krever epitaksial vekst, mens i InP-systemer må til og med passive bølgeledere forberedes ved epitaksial vekst. Epitaksial vekst har en tendens til å ha en høyere defekttetthet enn enkeltkrystallvekst, for eksempel fra en krystallblokk. InP-bølgeledere har høy brytningsindekskontrast kun i tverrgående, mens silisiumbaserte bølgeledere har høy brytningsindekskontrast i både tverrgående og langsgående, noe som gjør at silisiumbaserte enheter kan oppnå mindre bøyningsradier og andre mer kompakte strukturer. InGaAsP har et direkte båndgap, mens Si og Ge ikke har det. Som et resultat er InP-materialsystemer overlegne når det gjelder lasereffektivitet. De indre oksidene til InP-systemer er ikke like stabile og robuste som de iboende oksidene til Si, silisiumdioksid (SiO2). Silisium er et sterkere materiale enn InP, som tillater bruk av større waferstørrelser, dvs. fra 300 mm (snart oppgradert til 450 mm) sammenlignet med 75 mm i InP. InPmodulatorervanligvis avhengig av den kvantebegrensede Stark-effekten, som er temperaturfølsom på grunn av båndkantbevegelse forårsaket av temperatur. Derimot er temperaturavhengigheten til silisiumbaserte modulatorer veldig liten.

Silisiumfotonikteknologi anses generelt som kun egnet for lavkostprodukter med kort rekkevidde og høyt volum (mer enn 1 million stykker per år). Dette er fordi det er allment akseptert at det kreves en stor mengde waferkapasitet for å spre maske- og utviklingskostnader, og atsilisiumfotonikteknologihar betydelige ytelsesulemper i by-til-by regionale og langdistanse produktapplikasjoner. I virkeligheten er imidlertid det motsatte sant. I rimelige applikasjoner med kort rekkevidde og høy ytelse, vertikal hulroms overflate-emitterende laser (VCSEL) ogdirektemodulert laser (DML laser) : direkte modulert laser utgjør et enormt konkurransepress, og svakheten til silisiumbasert fotonisk teknologi som ikke enkelt kan integrere lasere, har blitt en betydelig ulempe. I motsetning til, i metro, langdistanseapplikasjoner, på grunn av preferansen for å integrere silisiumfotonikteknologi og digital signalbehandling (DSP) sammen (som ofte er i høytemperaturmiljøer), er det mer fordelaktig å skille laseren. I tillegg kan koherent deteksjonsteknologi i stor grad kompensere for manglene ved silisiumfotonikteknologi, for eksempel problemet med at den mørke strømmen er mye mindre enn den lokale oscillatorfotostrømmen. Samtidig er det også feil å tro at det trengs en stor mengde waferkapasitet for å dekke maske- og utviklingskostnader, fordi silisiumfotonikteknologi bruker nodestørrelser som er mye større enn de mest avanserte komplementære metalloksidhalvlederne (CMOS), så de nødvendige maskene og produksjonskjøringene er relativt billige.