การเปรียบเทียบระบบวัสดุวงจรรวมโฟโตนิก

การเปรียบเทียบระบบวัสดุวงจรรวมโฟโตนิก
รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างระบบวัสดุสองระบบ ได้แก่ อินเดียมฟอสฟอรัส (InP) และซิลิคอน (Si) ความหายากของอินเดียมทำให้ InP เป็นวัสดุที่มีราคาแพงกว่า Si เนื่องจากวงจรที่ใช้ซิลิคอนเกี่ยวข้องกับการเติบโตของ epitaxx น้อยกว่า อัตราผลตอบแทนของวงจรที่ใช้ซิลิคอนจึงมักจะสูงกว่าวงจร InP ในวงจรที่ใช้ซิลิคอน เจอร์เมเนียม (Ge) ซึ่งปกติจะใช้เฉพาะในเครื่องตรวจจับแสง(เครื่องตรวจจับแสง) จำเป็นต้องมีการเติบโตที่เยื่อบุผิว ในขณะที่ในระบบ InP แม้แต่ท่อนำคลื่นแบบพาสซีฟก็ต้องถูกเตรียมโดยการเติบโตที่เยื่อบุผิว การเจริญเติบโตของส่วนนอกมีแนวโน้มที่จะมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่สูงกว่าการเติบโตของผลึกเดี่ยว เช่น จากแท่งคริสตัล ท่อนำคลื่น InP มีคอนทราสต์ของดัชนีการหักเหของแสงสูงเฉพาะในแนวขวาง ในขณะที่ท่อนำคลื่นแบบซิลิคอนมีคอนทราสต์ของดัชนีการหักเหของแสงสูงทั้งในแนวขวางและตามยาว ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอนสามารถบรรลุรัศมีการโค้งงอที่เล็กลงและโครงสร้างอื่นๆ ที่กะทัดรัดมากขึ้น InGaAsP มีช่องว่างระหว่างแบนด์โดยตรง ในขณะที่ Si และ Ge ไม่มี ด้วยเหตุนี้ ระบบวัสดุ InP จึงเหนือกว่าในแง่ของประสิทธิภาพของเลเซอร์ ออกไซด์ภายในของระบบ InP นั้นไม่เสถียรและทนทานเท่ากับออกไซด์ภายในของ Si, ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซิลิคอนเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งกว่า InP ทำให้สามารถใช้เวเฟอร์ขนาดใหญ่กว่าได้ เช่น จาก 300 มม. (จะอัปเกรดเป็น 450 มม. เร็วๆ นี้) เทียบกับ 75 มม. ใน InP อินพีโมดูเลเตอร์มักจะขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์สตาร์กที่จำกัดควอนตัม ซึ่งไวต่ออุณหภูมิเนื่องจากการเคลื่อนตัวของขอบแถบที่เกิดจากอุณหภูมิ ในทางตรงกันข้าม การพึ่งพาอุณหภูมิของโมดูเลเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนนั้นมีน้อยมาก

โดยทั่วไปเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์ถือว่าเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนต่ำ ช่วงสั้น และมีปริมาณสูงเท่านั้น (มากกว่า 1 ล้านชิ้นต่อปี) เนื่องจากเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าต้องใช้ความจุของเวเฟอร์จำนวนมากเพื่อกระจายต้นทุนมาสก์และการพัฒนา และนั่นก็เป็นเช่นนั้นเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์มีข้อเสียด้านประสิทธิภาพที่สำคัญในการใช้งานผลิตภัณฑ์ระดับภูมิภาคและระยะไกลแบบเมืองต่อเมือง แต่ในความเป็นจริงกลับตรงกันข้าม ในการใช้งานที่มีต้นทุนต่ำ ระยะสั้น ให้ผลตอบแทนสูง เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง (VCSEL) และเลเซอร์มอดูเลตโดยตรง (ดีเอ็มแอลเลเซอร์) : เลเซอร์มอดูเลตโดยตรงก่อให้เกิดความกดดันด้านการแข่งขันอย่างมาก และความอ่อนแอของเทคโนโลยีโฟโตนิกที่ใช้ซิลิคอนซึ่งไม่สามารถรวมเลเซอร์เข้าด้วยกันได้อย่างง่ายดายกลายเป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญ ในทางตรงกันข้าม ในการใช้งานในเมืองใหญ่และระยะไกล เนื่องจากต้องการรวมเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์และการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) เข้าด้วยกัน (ซึ่งมักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง) การแยกเลเซอร์จึงได้เปรียบมากกว่า นอกจากนี้ เทคโนโลยีการตรวจจับที่สอดคล้องกันสามารถชดเชยข้อบกพร่องของเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนได้ในระดับสูง เช่น ปัญหาที่กระแสมืดมีขนาดเล็กกว่าโฟโตปัจจุบันของออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่มาก ในเวลาเดียวกัน มันก็ผิดเช่นกันที่จะคิดว่าความจุของเวเฟอร์จำนวนมากเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อครอบคลุมต้นทุนการมาสก์และการพัฒนา เนื่องจากเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์ใช้ขนาดโหนดที่ใหญ่กว่าเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริมขั้นสูงสุด (CMOS) มาก ดังนั้นมาสก์ที่จำเป็นและการดำเนินการผลิตจึงค่อนข้างถูก