مقایسه سیستم های مواد مدار مجتمع فوتونیک

مقایسه سیستم های مواد مدار مجتمع فوتونیک
شکل 1 مقایسه دو سیستم مواد، ایندیم فسفر (InP) و سیلیکون (Si) را نشان می دهد. کمیاب بودن ایندیم باعث می شود که InP ماده ای گرانتر از Si باشد. از آنجایی که مدارهای مبتنی بر سیلیکون شامل رشد اپیتاکسیال کمتری هستند، بازده مدارهای مبتنی بر سیلیکون معمولاً بیشتر از مدارهای InP است. در مدارهای مبتنی بر سیلیکون، ژرمانیوم (Ge) که معمولا فقط در آن استفاده می شودردیاب نور(آشکارسازهای نور) نیاز به رشد اپیتاکسیال دارد، در حالی که در سیستم های InP، حتی موجبرهای غیرفعال نیز باید با رشد اپیتاکسیال آماده شوند. رشد اپیتاکسیال تمایل به تراکم نقص بالاتری نسبت به رشد تک بلور دارد، مانند شمش کریستال. موجبرهای InP فقط در عرضی کنتراست ضریب شکست بالایی دارند، در حالی که موجبرهای مبتنی بر سیلیکون کنتراست ضریب شکست بالایی هم در عرضی و هم در طولی دارند، که به دستگاه‌های مبتنی بر سیلیکون اجازه می‌دهد به شعاع خمشی کوچک‌تر و دیگر ساختارهای فشرده‌تر دست یابند. InGaAsP دارای شکاف باند مستقیم است، در حالی که Si و Ge اینگونه نیستند. در نتیجه، سیستم های مواد InP از نظر کارایی لیزر برتر هستند. اکسیدهای ذاتی سیستم های InP به اندازه اکسیدهای ذاتی سی، دی اکسید سیلیکون (SiO2) پایدار و قوی نیستند. سیلیکون ماده قوی‌تری نسبت به InP است که امکان استفاده از اندازه‌های ویفر بزرگ‌تر را می‌دهد، یعنی از 300 میلی‌متر (به زودی به 450 میلی‌متر ارتقا می‌یابد) در مقایسه با 75 میلی‌متر در InP. InPتعدیل کننده هامعمولاً به اثر استارک محدود کوانتومی بستگی دارد که به دلیل حرکت لبه نوار ناشی از دما به دما حساس است. در مقابل، وابستگی دمایی مدولاتورهای مبتنی بر سیلیکون بسیار کم است.

فن آوری فوتونیک سیلیکونی به طور کلی فقط برای محصولات کم هزینه، با برد کوتاه و با حجم بالا (بیش از 1 میلیون قطعه در سال) مناسب در نظر گرفته می شود. این به این دلیل است که به طور گسترده پذیرفته شده است که مقدار زیادی ظرفیت ویفر برای پخش ماسک و هزینه های توسعه مورد نیاز است و اینکهفناوری فوتونیک سیلیکونیدارای معایب عملکردی قابل توجهی در کاربردهای محصول شهری به شهر منطقه ای و طولانی مدت است. اما در واقعیت، برعکس است. در کاربردهای کم هزینه، با برد کوتاه و پر بازده، لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی (VCSEL) ولیزر مدوله مستقیم (لیزر DML) : لیزر مدوله شده مستقیم فشار رقابتی زیادی ایجاد می کند و ضعف فناوری فوتونیک مبتنی بر سیلیکون که نمی تواند لیزرها را به راحتی ادغام کند به یک نقطه ضعف قابل توجه تبدیل شده است. در مقابل، در مترو، برنامه های مسافت طولانی، به دلیل ترجیح برای ادغام فناوری فوتونیک سیلیکونی و پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) با هم (که اغلب در محیط های با دمای بالا است)، جدا کردن لیزر سودمندتر است. علاوه بر این، فناوری تشخیص منسجم می‌تواند کاستی‌های فناوری فوتونیک سیلیکون را تا حد زیادی جبران کند، مانند این مشکل که جریان تاریک بسیار کوچکتر از جریان نوری نوسانگر محلی است. در عین حال، این نیز اشتباه است که تصور کنیم مقدار زیادی ظرفیت ویفر برای پوشش هزینه‌های ماسک و توسعه مورد نیاز است، زیرا فناوری فوتونیک سیلیکون از اندازه‌های گره‌هایی استفاده می‌کند که بسیار بزرگ‌تر از پیشرفته‌ترین نیمه‌هادی‌های اکسید فلزی مکمل (CMOS) هستند. بنابراین ماسک های مورد نیاز و دوره های تولید نسبتا ارزان هستند.