การเปรียบเทียบระบบวัสดุวงจรรวมโฟตอนิกส์

การเปรียบเทียบระบบวัสดุวงจรรวมโฟตอนิกส์
รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระบบวัสดุสองระบบ ได้แก่ อินเดียมฟอสฟอรัส (InP) และซิลิกอน (Si) ความหายากของอินเดียมทำให้ InP เป็นวัสดุที่มีราคาแพงกว่า Si เนื่องจากวงจรที่ใช้ซิลิกอนมีการเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียลน้อยกว่า ผลผลิตของวงจรที่ใช้ซิลิกอนจึงมักจะสูงกว่าวงจรที่ใช้ InP ในวงจรที่ใช้ซิลิกอน เจอร์เมเนียม (Ge) ซึ่งมักใช้ในเครื่องตรวจจับภาพ(เครื่องตรวจจับแสง) จำเป็นต้องมีการเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียล ในขณะที่ระบบ InP แม้แต่ท่อนำคลื่นแบบพาสซีฟก็ต้องเตรียมโดยการเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียล การเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียลมีแนวโน้มที่จะมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องสูงกว่าการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว เช่น จากแท่งผลึก ท่อนำคลื่น InP มีความแตกต่างของดัชนีหักเหสูงเฉพาะในแนวขวาง ในขณะที่ท่อนำคลื่นที่ใช้ซิลิกอนมีความแตกต่างของดัชนีหักเหสูงทั้งในแนวขวางและแนวยาว ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนมีรัศมีการโค้งงอที่เล็กลงและมีโครงสร้างที่กะทัดรัดกว่า InGaAsP มีช่องว่างแบนด์โดยตรง ในขณะที่ Si และ Ge ไม่มี ส่งผลให้ระบบวัสดุ InP มีประสิทธิภาพเหนือกว่าในด้านประสิทธิภาพของเลเซอร์ ออกไซด์ภายในของระบบ InP ไม่เสถียรและทนทานเท่ากับออกไซด์ภายในของ Si ซึ่งก็คือซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซิลิคอนเป็นวัสดุที่แข็งแรงกว่า InP ทำให้สามารถใช้เวเฟอร์ขนาดใหญ่ขึ้นได้ เช่น ตั้งแต่ 300 มม. (กำลังจะอัปเกรดเป็น 450 มม.) เทียบกับ 75 มม. ใน InPตัวปรับเปลี่ยนโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์สตาร์คที่ถูกจำกัดด้วยควอนตัม ซึ่งไวต่ออุณหภูมิเนื่องจากการเคลื่อนที่ของขอบแบนด์ที่เกิดจากอุณหภูมิ ในทางตรงกันข้าม ปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวปรับสัญญาณที่ใช้ซิลิคอนนั้นมีน้อยมาก

โดยทั่วไปแล้วเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์ถือว่าเหมาะสมเฉพาะกับผลิตภัณฑ์ที่มีต้นทุนต่ำ ระยะสั้น และปริมาณมาก (มากกว่า 1 ล้านชิ้นต่อปี) เนื่องจากเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าจำเป็นต้องใช้เวเฟอร์จำนวนมากเพื่อกระจายต้นทุนการผลิตหน้ากากและการพัฒนา และเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์มีข้อเสียเปรียบด้านประสิทธิภาพอย่างมากในการใช้งานผลิตภัณฑ์ระหว่างเมือง ภูมิภาค และระยะไกล แต่ในความเป็นจริงแล้วกลับตรงกันข้าม ในการใช้งานต้นทุนต่ำ ระยะสั้น และผลผลิตสูง เลเซอร์ปล่อยพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSEL) และเลเซอร์แบบปรับตรง (เลเซอร์ DML) : เลเซอร์แบบมอดูเลตโดยตรงก่อให้เกิดแรงกดดันในการแข่งขันอย่างมาก และจุดอ่อนของเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ที่ใช้ซิลิคอนซึ่งไม่สามารถผสานรวมเลเซอร์ได้อย่างง่ายดายได้กลายเป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญ ในทางตรงกันข้าม ในการใช้งานในรถไฟใต้ดินและระยะไกล เนื่องจากความต้องการในการผสานรวมเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนและการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) เข้าด้วยกัน (ซึ่งมักเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง) การแยกเลเซอร์ออกจากกันจึงได้เปรียบกว่า นอกจากนี้ เทคโนโลยีการตรวจจับแบบโคฮีเรนต์ยังสามารถชดเชยข้อบกพร่องของเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนได้อย่างมาก เช่น ปัญหาที่กระแสมืดมีขนาดเล็กกว่าโฟโตเคอร์เรนต์ของออสซิลเลเตอร์ในพื้นที่มาก ในขณะเดียวกัน การคิดว่าจำเป็นต้องใช้ความจุของเวเฟอร์จำนวนมากเพื่อให้ครอบคลุมต้นทุนของมาสก์และการพัฒนาก็ไม่ถูกต้องเช่นกัน เนื่องจากเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ซิลิคอนใช้ขนาดโหนดที่ใหญ่กว่าเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม (CMOS) ที่ทันสมัยที่สุดมาก ดังนั้นมาสก์และกระบวนการผลิตที่จำเป็นจึงมีราคาค่อนข้างถูก