So sánh các hệ thống vật liệu mạch tích hợp quang tử

So sánh các hệ thống vật liệu mạch tích hợp quang tử
Hình 1 cho thấy sự so sánh giữa hai hệ vật liệu, indium Phosphorus (InP) và silicon (Si). Độ hiếm của indium khiến InP trở thành vật liệu đắt hơn Si. Vì mạch nền silicon liên quan đến sự phát triển epitaxial ít hơn, nên sản lượng của mạch nền silicon thường cao hơn so với mạch InP. Trong mạch nền silicon, germanium (Ge), thường chỉ được sử dụng trongMáy dò ảnh(máy dò ánh sáng), đòi hỏi sự phát triển epitaxial, trong khi trong các hệ thống InP, ngay cả các ống dẫn sóng thụ động cũng phải được chuẩn bị bằng sự phát triển epitaxial. Sự phát triển epitaxial có xu hướng có mật độ khuyết tật cao hơn sự phát triển tinh thể đơn, chẳng hạn như từ một thỏi tinh thể. Các ống dẫn sóng InP có độ tương phản chiết suất cao chỉ theo chiều ngang, trong khi các ống dẫn sóng dựa trên silicon có độ tương phản chiết suất cao theo cả chiều ngang và chiều dọc, cho phép các thiết bị dựa trên silicon đạt được bán kính uốn nhỏ hơn và các cấu trúc nhỏ gọn khác. InGaAsP có khoảng cách băng trực tiếp, trong khi Si và Ge thì không. Do đó, các hệ thống vật liệu InP vượt trội hơn về mặt hiệu suất laser. Các oxit nội tại của các hệ thống InP không ổn định và mạnh mẽ như các oxit nội tại của Si, silicon dioxide (SiO2). Silicon là vật liệu bền hơn InP, cho phép sử dụng các kích thước wafer lớn hơn, tức là từ 300 mm (sắp được nâng cấp lên 450 mm) so với 75 mm trong InP. InPbộ điều biếnthường phụ thuộc vào hiệu ứng Stark giới hạn lượng tử, nhạy cảm với nhiệt độ do chuyển động của cạnh dải do nhiệt độ gây ra. Ngược lại, sự phụ thuộc vào nhiệt độ của bộ điều biến dựa trên silicon là rất nhỏ.

Công nghệ quang tử silicon thường được coi là chỉ phù hợp với các sản phẩm giá rẻ, tầm ngắn, khối lượng lớn (hơn 1 triệu sản phẩm mỗi năm). Điều này là do người ta chấp nhận rộng rãi rằng cần phải có một lượng lớn công suất wafer để phân bổ chi phí mặt nạ và phát triển, và rằngcông nghệ quang tử siliconcó nhược điểm đáng kể về hiệu suất trong các ứng dụng sản phẩm khu vực thành phố-thành phố và đường dài. 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 chế trực tiếp (Tia laser DML): laser điều chế trực tiếp tạo ra áp lực cạnh tranh rất lớn và điểm yếu của công nghệ quang tử dựa trên silicon không thể dễ dàng tích hợp laser đã trở thành một bất lợi đáng kể. Ngược lại, trong các ứng dụng metro, đường dài, do ưu tiên tích hợp công nghệ quang tử silicon và xử lý tín hiệu số (DSP) với nhau (thường ở môi trường nhiệt độ cao), nên việc tách laser có lợi hơn. Ngoài ra, công nghệ phát hiện mạch lạc 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 điện quang của bộ dao động cục bộ. Đồng thời, cũng sai khi nghĩ rằng cần một lượng lớn dung lượng wafer để trang trải chi phí mặt nạ và phát triển, vì công nghệ quang tử silicon sử dụng kích thước nút lớn hơn nhiều so với chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) tiên tiến nhất, do đó, mặt nạ và quy trình sản xuất cần thiết tương đối rẻ.