Comparação de sistemas de materiais de circuitos integrados fotônicos

Comparação de sistemas de materiais de circuitos integrados fotônicos
A Figura 1 mostra uma comparação de dois sistemas de materiais, índio e fósforo (InP) e silício (Si). A raridade do índio torna o InP um material mais caro que o Si. Como os circuitos à base de silício envolvem menos crescimento epitaxial, o rendimento dos circuitos à base de silício é geralmente maior do que o dos circuitos de InP. Em circuitos à base de silício, o germânio (Ge), que geralmente é usado apenas emFotodetector(detectores de luz), requer crescimento epitaxial, enquanto em sistemas de InP, mesmo guias de onda passivos devem ser preparados por crescimento epitaxial. O crescimento epitaxial tende a ter uma densidade de defeitos maior do que o crescimento de um único cristal, como o de um lingote de cristal. Guias de onda de InP têm alto contraste de índice de refração apenas na transversal, enquanto guias de onda à base de silício têm alto contraste de índice de refração tanto na transversal quanto na longitudinal, o que permite que dispositivos à base de silício alcancem raios de curvatura menores e outras estruturas mais compactas. InGaAsP tem uma lacuna de banda direta, enquanto Si e Ge não. Como resultado, os sistemas de materiais de InP são superiores em termos de eficiência do laser. Os óxidos intrínsecos dos sistemas de InP não são tão estáveis ​​e robustos quanto os óxidos intrínsecos de Si, dióxido de silício (SiO2). O silício é um material mais forte que o InP, permitindo o uso de tamanhos maiores de wafer, ou seja, de 300 mm (em breve será atualizado para 450 mm) em comparação com 75 mm em InP. InPmoduladoresgeralmente dependem do efeito Stark confinado quântico, que é sensível à temperatura devido ao movimento da borda da banda causado pela temperatura. Em contraste, a dependência da temperatura dos moduladores à base de silício é muito pequena.

A tecnologia fotônica de silício é geralmente considerada adequada apenas para produtos de baixo custo, curto alcance e alto volume (mais de 1 milhão de unidades por ano). Isso ocorre porque é amplamente aceito que uma grande capacidade de wafer é necessária para distribuir os custos de máscara e desenvolvimento, e quetecnologia fotônica de silícioapresenta desvantagens significativas de desempenho em aplicações regionais e de longa distância entre cidades. Na realidade, porém, o oposto é verdadeiro. Em aplicações de baixo custo, curto alcance e alto rendimento, o laser de emissão de superfície de cavidade vertical (VCSEL) elaser de modulação direta (Laser DML) : o laser modulado diretamente representa uma enorme pressão competitiva, e a fraqueza da tecnologia fotônica baseada em silício, que não consegue integrar lasers facilmente, tornou-se uma desvantagem significativa. Em contraste, em aplicações metropolitanas de longa distância, devido à preferência por integrar a tecnologia fotônica de silício e o processamento digital de sinais (DSP) juntos (o que geralmente ocorre em ambientes de alta temperatura), é mais vantajoso separar o laser. Além disso, a tecnologia de detecção coerente pode compensar as deficiências da tecnologia fotônica de silício em grande medida, como o problema de que a corrente escura é muito menor do que a fotocorrente do oscilador local. Ao mesmo tempo, também é errado pensar que uma grande quantidade de capacidade de wafer é necessária para cobrir os custos de máscara e desenvolvimento, porque a tecnologia fotônica de silício usa tamanhos de nó muito maiores do que os semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) mais avançados, então as máscaras e as execuções de produção necessárias são relativamente baratas.