Comparación de sistemas de materiales de circuitos integrados fotónicos

Comparación de sistemas de materiales de circuitos integrados fotónicos
La Figura 1 muestra una comparación de dos sistemas de materiales: indio-fósforo (InP) y silicio (Si). La rareza del indio hace que el InP sea un material más caro que el Si. Dado que los circuitos basados ​​en silicio implican un menor crecimiento epitaxial, el rendimiento de los circuitos basados ​​en silicio suele ser mayor que el de los circuitos basados ​​en InP. En los circuitos basados ​​en silicio, el germanio (Ge), que generalmente solo se utiliza enFotodetector(detectores de luz), requiere crecimiento epitaxial, mientras que en los sistemas de InP, incluso las guías de onda pasivas deben prepararse mediante crecimiento epitaxial. El crecimiento epitaxial tiende a presentar una mayor densidad de defectos que el crecimiento de monocristales, como el de un lingote de cristal. Las guías de onda de InP presentan un alto contraste de índice de refracción solo en la dirección transversal, mientras que las guías de onda basadas en silicio presentan un alto contraste de índice de refracción tanto en la dirección transversal como en la longitudinal, lo que permite que los dispositivos basados ​​en silicio alcancen radios de curvatura más pequeños y otras estructuras más compactas. El InGaAsP presenta una banda prohibida directa, a diferencia del Si y el Ge. Como resultado, los sistemas de materiales de InP son superiores en términos de eficiencia láser. Los óxidos intrínsecos de los sistemas de InP no son tan estables ni robustos como los óxidos intrínsecos de Si, dióxido de silicio (SiO₂). El silicio es un material más resistente que el InP, lo que permite el uso de obleas de mayor tamaño, es decir, de 300 mm (próximamente se ampliará a 450 mm) en comparación con los 75 mm del InP.moduladoresSuelen depender del efecto Stark, confinado cuánticamente, que es sensible a la temperatura debido al movimiento del borde de la banda causado por esta. En cambio, la dependencia de la temperatura de los moduladores basados ​​en silicio es muy pequeña.

La tecnología fotónica de silicio generalmente se considera adecuada solo para productos de bajo costo, corto alcance y gran volumen (más de un millón de piezas al año). Esto se debe a que se acepta ampliamente que se requiere una gran capacidad de obleas para distribuir los costos de máscara y desarrollo, y quetecnología fotónica de silicioPresenta importantes desventajas de rendimiento en aplicaciones de productos interurbanos, regionales y de larga distancia. Sin embargo, en la práctica, ocurre lo contrario. En aplicaciones de bajo coste, corto alcance y alto rendimiento, el láser de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL) yláser modulado directamente (Láser DML): el láser modulado directamente plantea una enorme presión competitiva, y la debilidad de la tecnología fotónica basada en silicio que no puede integrar fácilmente los láseres se ha convertido en una desventaja significativa. Por el contrario, en aplicaciones metropolitanas de larga distancia, debido a la preferencia por integrar la tecnología fotónica de silicio y el procesamiento digital de señales (DSP) juntos (que a menudo se encuentra en entornos de alta temperatura), es más ventajoso separar el láser. Además, la tecnología de detección coherente puede compensar las deficiencias de la tecnología fotónica de silicio en gran medida, como el problema de que la corriente oscura es mucho menor que la fotocorriente del oscilador local. Al mismo tiempo, también es erróneo pensar que se necesita una gran cantidad de capacidad de oblea para cubrir los costos de máscara y desarrollo, porque la tecnología fotónica de silicio utiliza tamaños de nodo que son mucho más grandes que los semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) más avanzados, por lo que las máscaras requeridas y las tiradas de producción son relativamente baratas.