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 dibandingkan Si. Karena sirkuit berbasis silikon melibatkan lebih sedikit pertumbuhan epitaksial, hasil sirkuit berbasis silikon biasanya lebih tinggi dibandingkan sirkuit InP. Pada rangkaian berbasis silikon, germanium (Ge), yang biasanya hanya digunakan padaFotodetektor(detektor cahaya), membutuhkan pertumbuhan epitaksi, sedangkan dalam sistem InP, bahkan pandu gelombang pasif pun harus disiapkan oleh pertumbuhan epitaksi. Pertumbuhan epitaksi cenderung memiliki kepadatan cacat yang lebih tinggi dibandingkan pertumbuhan kristal tunggal, seperti dari ingot kristal. Pandu gelombang InP memiliki kontras indeks bias yang tinggi hanya pada transversal, sedangkan pandu gelombang berbasis silikon memiliki kontras indeks bias yang tinggi pada transversal dan longitudinal, yang memungkinkan perangkat berbasis silikon mencapai radius tekukan yang lebih kecil dan struktur lain yang lebih kompak. InGaAsP mempunyai band gap langsung, sedangkan Si dan Ge tidak. Hasilnya, 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 dibandingkan InP, sehingga memungkinkan penggunaan ukuran wafer yang lebih besar, yaitu dari 300 mm (akan segera ditingkatkan menjadi 450 mm) dibandingkan dengan 75 mm pada InP. DiPmodulatorbiasanya bergantung pada efek Stark terbatas kuantum, yang sensitif terhadap suhu karena pergerakan tepi pita yang disebabkan oleh suhu. Sebaliknya, ketergantungan suhu modulator berbasis silikon sangat kecil.

Teknologi silikon fotonik umumnya dianggap hanya cocok untuk produk berbiaya rendah, jarak pendek, dan volume tinggi (lebih dari 1 juta keping per tahun). Hal ini karena sudah diterima secara luas bahwa kapasitas wafer dalam jumlah besar diperlukan untuk menyebarkan masker dan biaya pengembangan, dan sebagainyateknologi fotonik silikonmemiliki kelemahan kinerja yang signifikan dalam aplikasi produk regional dan jarak jauh dari kota ke kota. Namun kenyataannya, yang terjadi justru sebaliknya. Dalam aplikasi berbiaya rendah, jarak pendek, 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 terjadi di lingkungan bersuhu tinggi), akan lebih menguntungkan jika laser dipisahkan. Selain itu, teknologi deteksi koheren dapat menutupi sebagian besar kekurangan teknologi fotonik silikon, seperti masalah arus gelap yang jauh lebih kecil daripada arus foto osilator lokal. Pada saat yang sama, salah juga jika berpikir bahwa kapasitas wafer dalam jumlah besar diperlukan untuk menutupi biaya masker dan pengembangan, karena teknologi fotonik silikon menggunakan ukuran simpul yang jauh lebih besar daripada semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) tercanggih. sehingga kebutuhan masker dan proses produksi relatif murah.