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, fósforo (InP) e silício (Si). A raridade do índio torna o InP um material mais caro que o Si. Como os circuitos baseados em silício envolvem menos crescimento epitaxial, o rendimento dos circuitos baseados em silício é geralmente maior que o dos circuitos InP. Em circuitos baseados em silício, o germânio (Ge), que normalmente só é usado emFotodetector(detectores de luz), requer crescimento epitaxial, enquanto em sistemas InP, mesmo guias de onda passivos devem ser preparados por crescimento epitaxial. O crescimento epitaxial tende a ter uma densidade de defeitos mais alta do que o crescimento de um único cristal, como o de um lingote de cristal. Os guias de ondas InP possuem alto contraste de índice de refração apenas em transversais, enquanto os guias de ondas à base de silício possuem alto contraste de índice de refração tanto em transversais quanto em longitudinais, o que permite que dispositivos à base de silício obtenham raios de curvatura menores e outras estruturas mais compactas. InGaAsP possui um band gap direto, enquanto Si e Ge não. Como resultado, os sistemas de materiais InP são superiores em termos de eficiência do laser. Os óxidos intrínsecos dos sistemas 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 de wafer maiores, ou seja, de 300 mm (que em breve será atualizado para 450 mm) em comparação com 75 mm no InP. InPmoduladoresgeralmente dependem do efeito Stark confinado ao quantum, que é sensível à temperatura devido ao movimento da borda da banda causado pela temperatura. Em contraste, a dependência da temperatura dos moduladores baseados em 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 peças por ano). Isso ocorre porque é amplamente aceito que uma grande quantidade de capacidade de wafer é necessária para distribuir os custos de máscara e de desenvolvimento, e quetecnologia fotônica de silíciotem desvantagens significativas de desempenho em aplicações de produtos 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 emissor de superfície de cavidade vertical (VCSEL) elaser modulado direto (Laser DML): o laser diretamente modulado representa uma enorme pressão competitiva, e a fraqueza da tecnologia fotônica baseada em silício, que não pode integrar facilmente os lasers, tornou-se uma desvantagem significativa. Em contraste, em aplicações metropolitanas e de longa distância, devido à preferência pela integração da tecnologia fotônica de silício e do processamento digital de sinais (DSP) (o que geralmente ocorre em ambientes de alta temperatura), é mais vantajoso separar o laser. Além disso, a tecnologia de detecção coerente pode compensar em grande medida as deficiências da tecnologia fotônica de silício, 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 nós que são muito maiores do que os semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) mais avançados. portanto, as máscaras e os ciclos de produção necessários são relativamente baratos.