So sánh các hệ vật liệu mạch tích hợp quang tử

So sánh các hệ vật liệu mạch tích hợp quang tử
Hình 1 so sánh hai hệ vật liệu, indium photphorus (InP) và silicon (Si). Sự khan hiếm của indium khiến InP trở thành vật liệu đắt hơn Si. Vì mạch điện dựa trên silicon liên quan đến ít quá trình tăng trưởng epitaxy hơn, nên hiệu suất của mạch điện dựa trên silicon thường cao hơn so với mạch điện InP. Trong mạch điện dựa trên silicon, germanium (Ge), thường chỉ được sử dụng trong...Bộ tách sóng quang(máy dò ánh sáng(Si và Ge) yêu cầu phương pháp tăng trưởng epitaxy, trong khi ở các hệ thống InP, ngay cả các ống dẫn sóng thụ động cũng phải được chế tạo bằng phương pháp tăng trưởng epitaxy. Tăng trưởng epitaxy có xu hướng có mật độ khuyết tật cao hơn so với tăng trưởng tinh thể đơn, chẳng hạn như từ một thỏi tinh thể. Ống dẫn sóng InP chỉ có độ tương phản chiết suất cao theo phương ngang, trong khi ống dẫn sóng dựa trên silicon có độ tương phản chiết suất cao ở cả phương ngang và phương dọc, cho phép các thiết bị dựa trên silicon đạt được bán kính uốn cong nhỏ hơn và các cấu trúc nhỏ gọn hơn. InGaAsP có khe năng lượng trực tiếp, trong khi Si và Ge thì không. Do đó, hệ thống vật liệu InP vượt trội hơn về hiệu suất laser. Các oxit nội tại của hệ thống InP không ổn định và bền vững như các oxit nội tại của Si, silicon dioxide (SiO2). Silicon là vật liệu bền hơn InP, cho phép sử dụng kích thước wafer lớn hơn, tức là từ 300 mm (sắp được nâng cấp lên 450 mm) so với 75 mm ở InP.bộ điều biếnThông thường, chúng phụ thuộc vào hiệu ứng Stark bị giam hãm lượng tử, vốn nhạy cảm với nhiệt độ do sự dịch chuyển của biên dải năng lượng gây ra bởi nhiệt độ. Ngược lại, sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các bộ điều biến dựa trên silicon là rất nhỏ.

Công nghệ quang tử silicon thường chỉ được coi là phù hợp với các sản phẩm giá rẻ, tầm ngắn, số lượng lớn (hơn 1 triệu sản phẩm mỗi năm). Điều này là do người ta thừa nhận rộng rãi rằng cần một lượng lớn công suất sản xuất wafer để phân bổ chi phí mặt nạ và phát triển, và rằngcông nghệ quang tử siliconcó những nhược điểm đáng kể về hiệu suất trong các ứng dụng vận chuyển hàng hóa đường dài và khu vực giữa các thành phố. Tuy nhiên, trên thực tế, điều ngược lại mới đúng. Trong các ứng dụng chi phí thấp, tầm ngắn, năng suất cao, laser phát xạ bề mặt khoang thẳng đứng (VCSEL) vàlaser điều biến trực tiếp (Laser DMLLaser điều biến trực tiếp tạo ra áp lực cạnh tranh rất lớn, và điểm yếu của công nghệ quang tử dựa trên silicon là khó tích hợp laser đã trở thành một bất lợi đáng kể. Ngược lại, trong các ứng dụng mạng đô thị và đường dài, do ưu tiên tích hợp công nghệ quang tử silicon và xử lý tín hiệu số (DSP) (thường hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao), việc tách laser sẽ có nhiều lợi thế hơn. Ngoài ra, công nghệ phát hiện đồng bộ có thể bù đắp phần lớn những thiếu sót của công nghệ quang tử silicon, chẳng hạn như vấn đề dòng điện tối nhỏ hơn nhiều so với dòng quang điện của bộ dao động cục bộ. Đồng thời, cũng sai lầm khi cho rằng cần một lượng lớn công suất wafer để trang trải chi phí mặt nạ và phát triển, bởi vì công nghệ quang tử silicon sử dụng kích thước nút lớn hơn nhiều so với các chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) tiên tiến nhất, do đó mặt nạ và chi phí sản xuất tương đối rẻ.