Confronto dei sistemi di materiali per circuiti fotonici integrati

Confronto dei sistemi di materiali per circuiti fotonici integrati
La Figura 1 mostra un confronto tra due sistemi di materiali, indio fosforo (InP) e silicio (Si). La rarità dell'indio rende l'InP un materiale più costoso del Si. Poiché i circuiti a base di silicio implicano una minore crescita epitassiale, la resa dei circuiti a base di silicio è solitamente superiore a quella dei circuiti InP. Nei circuiti a base di silicio, il germanio (Ge), che di solito viene utilizzato solo inFotorivelatore(rilevatori di luce), richiede crescita epitassiale, mentre nei sistemi InP, anche le guide d'onda passive devono essere preparate mediante crescita epitassiale. La crescita epitassiale tende ad avere una densità di difetti maggiore rispetto alla crescita di monocristalli, come ad esempio da un lingotto di cristallo. Le guide d'onda InP hanno un elevato contrasto dell'indice di rifrazione solo in direzione trasversale, mentre le guide d'onda a base di silicio hanno un elevato contrasto dell'indice di rifrazione sia in direzione trasversale che longitudinale, il che consente ai dispositivi a base di silicio di ottenere raggi di curvatura più piccoli e altre strutture più compatte. L'InGaAsP ha un band gap diretto, mentre il Si e il Ge no. Di conseguenza, i sistemi di materiali InP sono superiori in termini di efficienza laser. Gli ossidi intrinseci dei sistemi InP non sono stabili e robusti quanto gli ossidi intrinseci del Si, il biossido di silicio (SiO2). Il silicio è un materiale più resistente dell'InP, consentendo l'utilizzo di wafer di dimensioni maggiori, ovvero da 300 mm (presto in fase di aggiornamento a 450 mm) rispetto ai 75 mm dell'InP.modulatoriDi solito dipendono dall'effetto Stark a confinamento quantistico, che è sensibile alla temperatura a causa dello spostamento dei bordi di banda causato dalla temperatura. Al contrario, la dipendenza dalla temperatura dei modulatori a base di silicio è molto piccola.

La tecnologia della fotonica al silicio è generalmente considerata adatta solo per prodotti a basso costo, a corto raggio e ad alto volume (oltre 1 milione di pezzi all'anno). Questo perché è ampiamente accettato che è necessaria una grande quantità di capacità di wafer per ripartire i costi di maschera e sviluppo e chetecnologia fotonica al siliciopresenta significativi svantaggi prestazionali nelle applicazioni di prodotto regionali e a lungo raggio da città a città. In realtà, tuttavia, è vero il contrario. Nelle applicazioni a basso costo, a corto raggio e ad alto rendimento, il laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) elaser a modulazione diretta (Laser DML): il laser a modulazione diretta esercita un'enorme pressione competitiva e la debolezza della tecnologia fotonica basata sul silicio, che non può facilmente integrare i laser, è diventata uno svantaggio significativo. Al contrario, nelle applicazioni metropolitane e a lunga distanza, data la preferenza per l'integrazione congiunta della tecnologia fotonica al silicio e dell'elaborazione del segnale digitale (DSP) (che spesso avviene in ambienti ad alta temperatura), è più vantaggioso separare il laser. Inoltre, la tecnologia di rilevamento coerente può compensare in larga misura le carenze della tecnologia fotonica al silicio, come il problema che la corrente di buio è molto inferiore alla fotocorrente dell'oscillatore locale. Allo stesso tempo, è anche errato pensare che sia necessaria una grande capacità di wafer per coprire i costi di maschera e sviluppo, perché la tecnologia fotonica al silicio utilizza dimensioni dei nodi molto più grandi rispetto ai semiconduttori a ossido di metallo complementare (CMOS) più avanzati, quindi le maschere e i cicli di produzione richiesti sono relativamente economici.