Fotonisten integroitujen piirien materiaalijärjestelmien vertailu

Fotonisten integroitujen piirien materiaalijärjestelmien vertailu
Kuvassa 1 vertaillaan kahta materiaalijärjestelmää, indiumfosforia (InP) ja piitä (Si). Indiumin harvinaisuus tekee InP:stä kalliimman materiaalin kuin piin. Koska piipohjaisissa piireissä on vähemmän epitaksiaalista kasvua, piipohjaisten piirien saanto on yleensä suurempi kuin InP-piirien. Piipohjaisissa piireissä germanium (Ge), jota yleensä käytetään vainValoilmaisin(valoilmaisimet) vaatii epitaksiaalista kasvua, kun taas InP-järjestelmissä jopa passiiviset aaltojohteet on valmistettava epitaksiaalisella kasvulla. Epitaksiaalisella kasvulla on yleensä suurempi vikatiheys kuin yksittäisten kiteiden kasvulla, esimerkiksi kideharkosta. InP-aaltojohtimilla on korkea taitekertoimen kontrasti vain poikittaissuunnassa, kun taas piipohjaisilla aaltojohteilla on korkea taitekertoimen kontrasti sekä poikittais- että pitkittäissuunnassa, mikä mahdollistaa piipohjaisten laitteiden saavuttaa pienemmät taivutussäteet ja muita kompaktimpia rakenteita. InGaAsP:llä on suora energiaväli, kun taas Si:llä ja Ge:lla ei ole. Tämän seurauksena InP-materiaalijärjestelmät ovat laserin hyötysuhteen suhteen parempia. InP-järjestelmien ominaisoksidit eivät ole yhtä stabiileja ja kestäviä kuin Si:n ominaisoksidit, piidioksidi (SiO2). Pii on vahvempi materiaali kuin InP, mikä mahdollistaa suurempien kiekkokokojen käytön, esim. 300 mm:stä (pian päivitetään 450 mm:iin) verrattuna InP:n 75 mm:iin. InPmodulaattoritriippuvat yleensä kvanttirajoitetusta Stark-ilmiöstä, joka on lämpötilaherkkä lämpötilan aiheuttaman kaistan reunan liikkeen vuoksi. Sitä vastoin piipohjaisten modulaattoreiden lämpötilariippuvuus on hyvin pieni.

Piifotoniikkateknologiaa pidetään yleensä sopivana vain edullisille, lyhyen kantaman ja suuren volyymin tuotteille (yli miljoona kappaletta vuodessa). Tämä johtuu siitä, että on laajalti hyväksyttyä, että maski- ja kehityskustannusten jakamiseen tarvitaan suuri määrä kiekkokapasiteettia ja ettäpiifotoniikkateknologiaon merkittäviä suorituskykyhaittoja kaupunkien välisissä alueellisissa ja kaukoliikenteen tuotesovelluksissa. Todellisuudessa tilanne on kuitenkin päinvastainen. Edullisissa, lyhyen kantaman ja suuren saannon sovelluksissa vertikaalinen ontelopintalaser (VCSEL) jasuoramoduloitu laser (DML-laser): Suoraan moduloitu laser aiheuttaa valtavan kilpailupaineen, ja piipohjaisen fotoniteknologian heikkoudesta, joka ei pysty helposti integroimaan lasereita, on tullut merkittävä haitta. Sitä vastoin metro- ja pitkän matkan sovelluksissa piifotoniteknologian ja digitaalisen signaalinkäsittelyn (DSP) yhdistämisen suosimisen vuoksi (mikä tapahtuu usein korkeissa lämpötiloissa) on edullisempaa erottaa laserit toisistaan. Lisäksi koherentti ilmaisutekniikka voi korvata piifotoniteknologian puutteita suurelta osin, kuten ongelman, että pimeä virta on paljon pienempi kuin paikallisoskillaattorin valovirta. Samalla on myös virheellistä ajatella, että maski- ja kehityskustannusten kattamiseksi tarvitaan suuri määrä kiekkokapasiteettia, koska piifotoniteknologia käyttää solmukokoja, jotka ovat paljon suurempia kuin edistyneimmissä komplementaarisissa metallioksidipuolijohteissa (CMOS), joten tarvittavat maskit ja tuotantoerät ovat suhteellisen edullisia.