مقایسه سیستم‌های مواد مدار مجتمع فوتونیکی

مقایسه سیستم‌های مواد مدار مجتمع فوتونیکی
شکل 1 مقایسه‌ای از دو سیستم ماده‌ای، ایندیوم فسفر (InP) و سیلیکون (Si) را نشان می‌دهد. کمیابی ایندیوم، InP را به ماده‌ای گران‌تر از Si تبدیل می‌کند. از آنجا که مدارهای مبتنی بر سیلیکون رشد اپیتاکسیال کمتری دارند، بازده مدارهای مبتنی بر سیلیکون معمولاً بیشتر از مدارهای InP است. در مدارهای مبتنی بر سیلیکون، ژرمانیوم (Ge)، که معمولاً فقط در ... استفاده می‌شود.آشکارساز نوری(آشکارسازهای نور) نیاز به رشد اپیتاکسیال دارد، در حالی که در سیستم‌های InP، حتی موجبرهای غیرفعال نیز باید با رشد اپیتاکسیال تهیه شوند. رشد اپیتاکسیال معمولاً چگالی نقص بالاتری نسبت به رشد تک بلور، مانند شمش بلور، دارد. موجبرهای InP فقط در عرضی کنتراست ضریب شکست بالایی دارند، در حالی که موجبرهای مبتنی بر سیلیکون کنتراست ضریب شکست بالایی در هر دو عرضی و طولی دارند که به دستگاه‌های مبتنی بر سیلیکون اجازه می‌دهد تا به شعاع‌های خمشی کوچکتر و سایر ساختارهای فشرده‌تر دست یابند. InGaAsP دارای شکاف نواری مستقیم است، در حالی که Si و Ge این شکاف را ندارند. در نتیجه، سیستم‌های مواد InP از نظر راندمان لیزر برتر هستند. اکسیدهای ذاتی سیستم‌های InP به اندازه اکسیدهای ذاتی Si، دی اکسید سیلیکون (SiO2) پایدار و مقاوم نیستند. سیلیکون ماده‌ای قوی‌تر از InP است و امکان استفاده از اندازه‌های ویفر بزرگتر، یعنی از 300 میلی‌متر (به زودی به 450 میلی‌متر ارتقا می‌یابد) در مقایسه با 75 میلی‌متر در InP را فراهم می‌کند. InPتعدیل کننده هامعمولاً به اثر استارکِ محدود شده کوانتومی وابسته هستند که به دلیل حرکت لبه نوار ناشی از دما، به دما حساس است. در مقابل، وابستگی دمایی مدولاتورهای مبتنی بر سیلیکون بسیار کم است.

فناوری فوتونیک سیلیکونی عموماً فقط برای محصولات کم‌هزینه، کوتاه‌برد و با حجم بالا (بیش از 1 میلیون قطعه در سال) مناسب در نظر گرفته می‌شود. دلیل این امر این است که به‌طور گسترده پذیرفته شده است که برای پخش هزینه‌های ماسک و توسعه، به مقدار زیادی ظرفیت ویفر نیاز است و اینکهفناوری فوتونیک سیلیکونیدر کاربردهای منطقه‌ای و مسافت‌های طولانی بین شهری، معایب عملکردی قابل توجهی دارد. با این حال، در واقعیت، عکس این قضیه صادق است. در کاربردهای کم‌هزینه، کوتاه‌برد و با بازده بالا، لیزر ساطع‌کننده سطح حفره عمودی (VCSEL) ولیزر مدوله شده مستقیم (لیزر DML) : لیزر مدوله شده مستقیم فشار رقابتی زیادی ایجاد می‌کند و ضعف فناوری فوتونیک مبتنی بر سیلیکون که به راحتی نمی‌تواند لیزرها را ادغام کند، به یک نقطه ضعف قابل توجه تبدیل شده است. در مقابل، در کاربردهای مترو و مسافت‌های طولانی، به دلیل ترجیح ادغام فناوری فوتونیک سیلیکونی و پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) با هم (که اغلب در محیط‌های با دمای بالا است)، جداسازی لیزر سودمندتر است. علاوه بر این، فناوری تشخیص همدوس می‌تواند تا حد زیادی کاستی‌های فناوری فوتونیک سیلیکونی را جبران کند، مانند این مشکل که جریان تاریک بسیار کوچکتر از جریان نوری نوسانگر محلی است. در عین حال، این فکر نیز اشتباه است که برای پوشش هزینه‌های ماسک و توسعه، به مقدار زیادی ظرفیت ویفر نیاز است، زیرا فناوری فوتونیک سیلیکونی از اندازه گره‌هایی استفاده می‌کند که بسیار بزرگتر از پیشرفته‌ترین نیمه‌هادی‌های اکسید فلزی مکمل (CMOS) هستند، بنابراین ماسک‌ها و تیراژ تولید مورد نیاز نسبتاً ارزان هستند.