Perbandingan sistem material sirkuit terpadu fotonik

Perbandingan sistem material sirkuit terpadu fotonik
Gambar 1 menunjukkan perbandingan dua sistem material, indium fosfor (InP) dan silikon (Si). Kelangkaan indium membuat InP menjadi material yang lebih mahal daripada Si. Karena sirkuit berbasis silikon melibatkan pertumbuhan epitaksial yang lebih sedikit, hasil sirkuit berbasis silikon biasanya lebih tinggi daripada sirkuit InP. Pada sirkuit berbasis silikon, germanium (Ge), yang biasanya hanya digunakan dalamFotodetektor(detektor cahaya), memerlukan pertumbuhan epitaksial, sementara dalam sistem InP, bahkan pandu gelombang pasif pun harus dipersiapkan dengan pertumbuhan epitaksial. Pertumbuhan epitaksial cenderung memiliki kerapatan cacat yang lebih tinggi daripada pertumbuhan kristal tunggal, seperti dari ingot kristal. Pandu gelombang InP memiliki kontras indeks bias yang tinggi hanya pada transversal, sementara pandu gelombang berbasis silikon memiliki kontras indeks bias yang tinggi baik pada transversal maupun longitudinal, yang memungkinkan perangkat berbasis silikon mencapai jari-jari tekuk yang lebih kecil dan struktur yang lebih kompak. InGaAsP memiliki celah pita langsung, sementara Si dan Ge tidak. Akibatnya, sistem material InP lebih unggul dalam hal efisiensi laser. Oksida intrinsik sistem InP tidak stabil dan sekuat oksida intrinsik Si, silikon dioksida (SiO2). Silikon merupakan material yang lebih kuat daripada InP, memungkinkan penggunaan ukuran wafer yang lebih besar, yaitu dari 300 mm (akan segera ditingkatkan menjadi 450 mm) dibandingkan dengan 75 mm pada InP. InPmodulatorbiasanya bergantung pada efek Stark yang dibatasi kuantum, yang sensitif terhadap suhu karena pergerakan tepi pita yang disebabkan oleh suhu. Sebaliknya, ketergantungan suhu modulator berbasis silikon sangat kecil.

Teknologi fotonik silikon umumnya dianggap hanya cocok untuk produk berbiaya rendah, jarak pendek, dan bervolume tinggi (lebih dari 1 juta buah per tahun). Hal ini karena secara umum diterima bahwa kapasitas wafer yang besar diperlukan untuk menyebarkan masker dan biaya pengembangan, dan bahwateknologi fotonik silikonmemiliki kekurangan kinerja yang signifikan dalam aplikasi produk regional dan jarak jauh antarkota. Namun, kenyataannya justru sebaliknya. Dalam aplikasi berbiaya rendah, jarak pendek, dan hasil tinggi, laser pemancar permukaan rongga vertikal (VCSEL) danlaser termodulasi langsung (Laser DML): Laser termodulasi langsung menimbulkan tekanan persaingan yang sangat besar, dan kelemahan teknologi fotonik berbasis silikon yang tidak dapat dengan mudah mengintegrasikan laser telah menjadi kerugian yang signifikan. Sebaliknya, dalam aplikasi metro, jarak jauh, karena preferensi untuk mengintegrasikan teknologi fotonik silikon dan pemrosesan sinyal digital (DSP) bersama-sama (yang sering kali dalam lingkungan suhu tinggi), lebih menguntungkan untuk memisahkan laser. Selain itu, teknologi deteksi koheren dapat menebus kekurangan teknologi fotonik silikon untuk sebagian besar, seperti masalah bahwa arus gelap jauh lebih kecil daripada arus foto osilator lokal. Pada saat yang sama, juga salah untuk berpikir bahwa sejumlah besar kapasitas wafer diperlukan untuk menutupi biaya masker dan pengembangan, karena teknologi fotonik silikon menggunakan ukuran node yang jauh lebih besar daripada semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) yang paling canggih, sehingga masker dan produksi yang diperlukan relatif murah.