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. Debido a que los circuitos basados ​​en silicio implican menos crecimiento epitaxial, el rendimiento de los circuitos basados ​​en silicio suele ser mayor que el de los circuitos InP. En los circuitos basados ​​en silicio, el germanio (Ge), que normalmente sólo se utiliza enFotodetector(detectores de luz), requiere crecimiento epitaxial, mientras que en los sistemas InP, incluso las guías de ondas pasivas deben prepararse mediante crecimiento epitaxial. El crecimiento epitaxial tiende a tener una mayor densidad de defectos que el crecimiento de un solo cristal, como el de un lingote de cristal. Las guías de ondas InP tienen un alto contraste de índice de refracción solo en transversal, mientras que las guías de ondas basadas en silicio tienen un alto contraste de índice de refracción tanto en transversal como en longitudinal, lo que permite que los dispositivos basados ​​en silicio logren radios de curvatura más pequeños y otras estructuras más compactas. InGaAsP tiene una banda prohibida directa, mientras que Si y Ge no la tienen. Como resultado, los sistemas de materiales InP son superiores en términos de eficiencia láser. Los óxidos intrínsecos de los sistemas InP no son tan estables y robustos como los óxidos intrínsecos de Si, el dióxido de silicio (SiO2). El silicio es un material más resistente que el InP, lo que permite el uso de tamaños de oblea más grandes, es decir, desde 300 mm (que pronto se actualizará a 450 mm) en comparación con los 75 mm del InP. entradamoduladoresPor lo general, dependen del efecto Stark cuántico confinado, que es sensible a la temperatura debido al movimiento del borde de la banda causado por la temperatura. Por el contrario, la dependencia de la temperatura de los moduladores basados ​​en silicio es muy pequeña.

La tecnología fotónica de silicio generalmente se considera adecuada sólo para productos de bajo costo, corto alcance y gran volumen (más de 1 millón de piezas por año). Esto se debe a que está ampliamente aceptado que se requiere una gran cantidad de capacidad de oblea para distribuir los costos de máscara y desarrollo, y quetecnología fotónica de siliciotiene importantes desventajas de rendimiento en aplicaciones de productos de larga distancia y regionales de ciudad a ciudad. En realidad, sin embargo, ocurre todo lo contrario. En aplicaciones de bajo costo, corto alcance y alto rendimiento, el láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL) yláser de modulación directa (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 importante. Por el contrario, en aplicaciones metropolitanas y de larga distancia, debido a la preferencia por integrar la tecnología fotónica de silicio y el procesamiento de señales digitales (DSP) (que a menudo ocurre en entornos de alta temperatura), es más ventajoso separar el láser. Además, la tecnología de detección coherente puede compensar en gran medida las deficiencias de la tecnología fotónica de silicio, como el problema de que la corriente oscura es mucho más pequeña 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 nodos que son mucho mayores que los semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS) más avanzados. por lo que las máscaras y los ciclos de producción necesarios son relativamente baratos.