Comparación de sistemas de material de circuito integrado fotónico

Comparación de sistemas de material de circuito integrado fotónico
La Figura 1 muestra una comparación de dos sistemas de materiales, el fósforo de indio (INP) y el silicio (SI). La rareza del indio hace que INP sea un material más caro que SI. Debido a que los circuitos a base de silicio implican menos crecimiento epitaxial, el rendimiento de los circuitos a base de silicio suele ser más alto que el de los circuitos INP. En circuitos basados ​​en silicio, Germanio (GE), que generalmente solo se usa enFotodetector(detectores de luz), requiere un crecimiento epitaxial, mientras que en los sistemas INP, incluso las guías de onda pasivas deben prepararse mediante un crecimiento epitaxial. El crecimiento epitaxial tiende a tener una mayor densidad de defectos que el crecimiento de un solo cristal, como de un lingote de cristal. Las guías de onda INP tienen un alto contraste de índice de refracción solo en transversal, mientras que las guías de onda basadas en silicio tienen un alto contraste del índice de refracción tanto en transversal como en longitudinal, lo que permite que los dispositivos basados ​​en silicio alcancen radios de flexión más pequeños y otras estructuras más compactas. Ingaasp tiene una brecha de banda directa, mientras que SI y GE no. Como resultado, los sistemas de material 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, dióxido de silicio (SIO2). El silicio es un material más fuerte que INP, lo que permite el uso de tamaños de obleas más grandes, es decir, de 300 mm (que pronto se actualizará a 450 mm) en comparación con 75 mm en INP. INPmoduladoresPor lo general, depende del efecto Stark confinado cuántico, que es sensible a la temperatura debido al movimiento del borde de la banda causado por la temperatura. En contraste, la dependencia de la temperatura de los moduladores a base de silicio es muy pequeña.

La tecnología de fotónica de silicio generalmente se considera solo adecuada para productos de bajo costo, de corto alcance y alto volumen (más de 1 millón de piezas por año). Esto se debe a que se acepta ampliamente que se requiere una gran cantidad de capacidad de oblea para extender la máscara y los costos de desarrollo, y queTecnología de fotónica de siliciotiene importantes desventajas de rendimiento en las aplicaciones regionales y de larga distancia de ciudad a ciudad. En realidad, sin embargo, lo contrario es cierto. En aplicaciones de bajo costo, de corto alcance, de alto rendimiento, láser emisor de superficie de la cavidad vertical (VCSEL) yláser modulado directo (Láser DML): El láser modulado directamente plantea una gran 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 las aplicaciones de metro, a larga distancia, debido a la preferencia por integrar la tecnología de fotónica de silicio y el procesamiento de señales digitales (DSP) (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 de fotónica de silicio en gran medida, como el problema de que la corriente oscura es mucho más pequeña que la fotocorriente del oscilador local. Al mismo tiempo, también es incorrecto pensar que se necesita una gran cantidad de capacidad de oblea para cubrir los costos de máscaras y de desarrollo, porque la tecnología de fotónica de silicio utiliza tamaños de nodos que son mucho más grandes que los semiconductores de óxido metálico complementarios más avanzados (CMO), por lo que las máscaras y las ejecuciones de producción requeridas son relativamente baratas.