Fotonisten integroitujen piirien materiaalijärjestelmien vertailu

Fotonisten integroitujen piirien materiaalijärjestelmien vertailu
Kuva 1 esittää kahden materiaalijärjestelmän, indiumfosforin (InP) ja piin (Si) vertailun. Indiumin harvinaisuus tekee InP:stä kalliimman materiaalin kuin Si. Koska piipohjaisissa piireissä on vähemmän epitaksiaalista kasvua, piipohjaisten piirien tuotto on yleensä suurempi kuin InP-piirien. Piipohjaisissa piireissä germanium (Ge), jota käytetään yleensä vainValoilmaisin(valonilmaisimet), vaatii epitaksiaalista kasvua, kun taas InP-järjestelmissä jopa passiiviset aaltoputket on valmistettava epitaksiaalisella kasvulla. Epitaksiaalisella kasvulla on taipumus olla suurempi virhetiheys kuin yksittäisten kiteiden kasvulla, kuten kideharkista. InP-aaltoputkien taitekerroinkontrasti on korkea vain poikittaissuuntaisesti, kun taas piipohjaisilla aaltoputkilla on korkea taitekerroinkontrasti sekä poikittais- että pitkittäissuunnassa, mikä sallii piipohjaisten laitteiden saavuttaa pienempiä taivutussäteitä ja muita kompaktimpia rakenteita. InGaAsP:llä on suora kaistaväli, kun taas Si:llä ja Ge:llä ei ole. Tämän seurauksena InP-materiaalijärjestelmät ovat lasertehokkuuden suhteen ylivoimaisia. InP-järjestelmien sisäiset oksidit eivät ole yhtä stabiileja ja kestäviä kuin Si:n sisäiset oksidit, piidioksidi (SiO2). Pii on vahvempi materiaali kuin InP, mikä mahdollistaa suurempien kiekkojen käytön, eli 300 mm:stä (pian päivitetään 450 mm:iin) verrattuna 75 mm:iin InP:ssä. InPmodulaattoritriippuvat yleensä kvanttirajoitteisesta Stark-efektistä, joka on lämpötilaherkkä lämpötilan aiheuttaman kaistan reunaliikkeen vuoksi. Sitä vastoin piipohjaisten modulaattoreiden lämpötilariippuvuus on hyvin pieni.

Piifotoniikkateknologian katsotaan yleensä soveltuvan vain edullisiin, lyhyen kantaman ja suurivolyymillisiin tuotteisiin (yli miljoona kappaletta vuodessa). Tämä johtuu siitä, että on laajalti hyväksyttyä, että maski- ja kehityskustannusten levittämiseen tarvitaan suuri määrä kiekkokapasiteettiapiin fotoniikkatekniikkaaon merkittäviä suorituskykyhaittoja kaupunkien välisissä alueellisissa ja pitkän matkan tuotesovelluksissa. Todellisuudessa asia on kuitenkin päinvastoin. Edullisissa, lyhyen kantaman ja suuritehoisissa sovelluksissa vertikaalinen ontelo pintaa emittoiva laser (VCSEL) jasuoramoduloitu laser (DML laser) : suoraan moduloitu laser aiheuttaa valtavan kilpailupaineen, ja piipohjaisen fotonitekniikan heikkoudesta, joka ei voi helposti integroida lasereita, on tullut merkittävä haitta. Sitä vastoin metro- ja pitkän matkan sovelluksissa, koska mieluummin integroidaan piifotoniikkatekniikka ja digitaalinen signaalinkäsittely (DSP) yhteen (mikä tapahtuu usein korkeissa lämpötiloissa), laser on edullisempaa erottaa toisistaan. Lisäksi koherentilla ilmaisutekniikalla voidaan suurelta osin korvata piifotoniikkatekniikan puutteita, kuten ongelmaa, että tumma virta on paljon pienempi kuin paikallisoskillaattorin valovirta. Samalla on myös väärin ajatella, että maski- ja kehityskustannusten kattamiseen tarvitaan suuri määrä kiekkokapasiteettia, koska piifotoniikkateknologia käyttää solmukokoja, jotka ovat paljon suurempia kuin edistyneimmät komplementaariset metallioksidipuolijohteet (CMOS), joten tarvittavat maskit ja tuotantoajot ovat suhteellisen halpoja.