השוואה בין מערכות חומרים של מעגלים משולבים פוטוניים

השוואה בין מערכות חומרים של מעגלים משולבים פוטוניים
איור 1 מציג השוואה בין שתי מערכות חומרים, אינדיום זרחן (InP) וסיליקון (Si). נדירותו של אינדיום הופכת את InP לחומר יקר יותר מסיליקון. מכיוון שמעגלים מבוססי סיליקון כרוכים בפחות צמיחה אפיטקסיאלית, התפוקה של מעגלים מבוססי סיליקון בדרך כלל גבוהה יותר מזו של מעגלי InP. במעגלים מבוססי סיליקון, גרמניום (Ge), המשמש בדרך כלל רק ב...גלאי פוטואודי(גלאי אור), דורש גידול אפיטקסיאלי, בעוד שבמערכות InP, אפילו מוליכי גל פסיביים חייבים להיות מוכנים על ידי גידול אפיטקסיאלי. גידול אפיטקסיאלי נוטה להיות בעל צפיפות פגמים גבוהה יותר מאשר גידול גביש יחיד, כמו למשל ממטיל גביש. מוליכי גל InP בעלי ניגודיות מקדם שבירה גבוהה רק ברוחבי, בעוד מוליכי גל מבוססי סיליקון בעלי ניגודיות מקדם שבירה גבוהה הן ברוחבי והן באורך, מה שמאפשר להתקנים מבוססי סיליקון להשיג רדיוסי כיפוף קטנים יותר ומבנים קומפקטיים יותר. ל-InGaAsP יש פער פס ישיר, בעוד של-Si ו-Ge אין. כתוצאה מכך, מערכות חומר InP עדיפות מבחינת יעילות לייזר. התחמוצות הפנימיות של מערכות InP אינן יציבות וחזקות כמו התחמוצות הפנימיות של Si, סיליקון דיאוקסיד (SiO2). סיליקון הוא חומר חזק יותר מ-InP, המאפשר שימוש בגדלי פרוסות גדולים יותר, כלומר החל מ-300 מ"מ (בקרוב ישודרג ל-450 מ"מ) בהשוואה ל-75 מ"מ ב-InP. InPמודולטוריםתלויים בדרך כלל באפקט סטארק המוגבל קוונטית, שהוא רגיש לטמפרטורה עקב תנועת קצה הפס הנגרמת על ידי הטמפרטורה. לעומת זאת, תלות הטמפרטורה של מודולטורים מבוססי סיליקון קטנה מאוד.

טכנולוגיית פוטוניקה של סיליקון נחשבת בדרך כלל מתאימה רק למוצרים בעלי עלות נמוכה, טווח קצר ובנפח גבוה (יותר ממיליון יחידות בשנה). הסיבה לכך היא שמקובל באופן נרחב שנדרשת קיבולת פרוסות גדולה כדי לפזר את עלויות המסכה והפיתוח, וכיטכנולוגיית פוטוניקה של סיליקוןיש חסרונות ביצועים משמעותיים ביישומי מוצרים אזוריים וארוכי טווח בין עיר לעיר. במציאות, לעומת זאת, ההפך הוא הנכון. ביישומים זולים, קצרי טווח ובעלי תפוקה גבוהה, לייזר פולט משטח אנכי (VCSEL) ולייזר מווסת ישיר (לייזר DML): לייזר מווסת ישירות מציב לחץ תחרותי עצום, וחולשתה של טכנולוגיית פוטוניקה מבוססת סיליקון, שאינה יכולה לשלב לייזרים בקלות, הפכה לחיסרון משמעותי. לעומת זאת, ביישומים מטרופוליניים וארוכי טווח, עקב העדפה לשילוב טכנולוגיית פוטוניקה של סיליקון ועיבוד אותות דיגיטלי (DSP) יחד (שבדרך כלל מתרחש בסביבות טמפרטורה גבוהה), יתרון גדול יותר להפריד את הלייזר. בנוסף, טכנולוגיית גילוי קוהרנטי יכולה לפצות במידה רבה על החסרונות של טכנולוגיית פוטוניקה של סיליקון, כגון הבעיה שהזרם הכהה קטן בהרבה מזרם הפוטואלקטרי של המתנד המקומי. יחד עם זאת, שגוי גם לחשוב שיש צורך בכמות גדולה של קיבולת פרוסות כדי לכסות את עלויות המסכה והפיתוח, מכיוון שטכנולוגיית פוטוניקה של סיליקון משתמשת בגדלי צמתים גדולים בהרבה ממוליכים למחצה של תחמוצת מתכת משלימה (CMOS) המתקדמים ביותר, כך שהמסכות והרצפות הייצור הנדרשות זולות יחסית.