مقارنة أنظمة مواد الدوائر المتكاملة الضوئية

مقارنة أنظمة مواد الدوائر المتكاملة الضوئية
ويبين الشكل 1 مقارنة بين نظامين من المواد، فوسفور الإنديوم (InP) والسيليكون (Si). ندرة الإنديوم تجعل InP مادة أكثر تكلفة من Si. نظرًا لأن الدوائر المعتمدة على السيليكون تتضمن نموًا فوقيًا أقل، فإن إنتاجية الدوائر المعتمدة على السيليكون تكون عادةً أعلى من إنتاجية دوائر InP. في الدوائر القائمة على السيليكون، يتم استخدام الجرمانيوم (Ge)، والذي عادةً ما يستخدم فقط فيكاشف ضوئي(كاشفات الضوء) ، يتطلب النمو الفوقي، بينما في أنظمة InP، يجب إعداد حتى أدلة الموجات السلبية عن طريق النمو الفوقي. يميل النمو الفوقي إلى أن يكون له كثافة عيب أعلى من النمو البلوري المنفرد، مثل السبيكة البلورية. تمتلك أدلة الموجات InP تباينًا عاليًا في معامل الانكسار فقط في الاتجاه العرضي، بينما تتمتع الأدلة الموجية القائمة على السيليكون بتباين عالٍ في معامل الانكسار في كل من العرضية والطولية، مما يسمح للأجهزة القائمة على السيليكون بتحقيق أنصاف أقطار انحناء أصغر وهياكل أخرى أكثر إحكاما. يحتوي InGaAsP على فجوة نطاق مباشرة، بينما لا يوجد لدى Si وGe. ونتيجة لذلك، تتفوق أنظمة المواد InP من حيث كفاءة الليزر. الأكاسيد الجوهرية لأنظمة InP ليست مستقرة وقوية مثل الأكاسيد الجوهرية لـ Si، ثاني أكسيد السيليكون (SiO2). يعتبر السيليكون مادة أقوى من InP، مما يسمح باستخدام أحجام أكبر من الرقاقات، أي من 300 مم (سيتم ترقيتها قريبًا إلى 450 مم) مقارنة بـ 75 مم في InP. في صالمغيرونتعتمد عادةً على تأثير ستارك المحدود الكمي، وهو حساس لدرجة الحرارة بسبب حركة حافة النطاق الناتجة عن درجة الحرارة. في المقابل، فإن الاعتماد على درجة الحرارة للمعدلات القائمة على السيليكون صغير جدًا.

تعتبر تكنولوجيا الضوئيات السيليكونية بشكل عام مناسبة فقط للمنتجات منخفضة التكلفة وقصيرة المدى وعالية الحجم (أكثر من مليون قطعة سنويًا). وذلك لأنه من المقبول على نطاق واسع أن هناك حاجة إلى كمية كبيرة من سعة الرقاقة لتوزيع تكاليف القناع والتطوير، وذلكتكنولوجيا الضوئيات السيليكونله عيوب كبيرة في الأداء في تطبيقات المنتجات الإقليمية وطويلة المدى من مدينة إلى مدينة. لكن في الواقع، العكس هو الصحيح. في التطبيقات منخفضة التكلفة وقصيرة المدى وعالية الإنتاجية، يتم استخدام الليزر الباعث لسطح التجويف العمودي (VCSEL) والليزر التضمين المباشر (ليزر دي إم إل) : يشكل الليزر المعدل بشكل مباشر ضغطًا تنافسيًا هائلاً، وأصبح ضعف التكنولوجيا الضوئية القائمة على السيليكون والتي لا يمكنها دمج الليزر بسهولة عيبًا كبيرًا. في المقابل، في تطبيقات المترو والمسافات الطويلة، نظرًا لتفضيل دمج تقنية ضوئيات السيليكون ومعالجة الإشارات الرقمية (DSP) معًا (والتي غالبًا ما تكون في بيئات ذات درجات حرارة عالية)، يكون فصل الليزر أكثر فائدة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتقنية الكشف المتماسكة أن تعوض أوجه القصور في تقنية الضوئيات السيليكونية إلى حد كبير، مثل مشكلة أن التيار المظلم أصغر بكثير من التيار الكهروضوئي للمذبذب المحلي. وفي الوقت نفسه، من الخطأ أيضًا الاعتقاد بأن هناك حاجة إلى كمية كبيرة من سعة الرقاقة لتغطية تكاليف القناع والتطوير، لأن تكنولوجيا الضوئيات السيليكونية تستخدم أحجام العقد أكبر بكثير من أشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد الفلز التكميلي الأكثر تقدمًا (CMOS)، وبالتالي فإن الأقنعة وعمليات الإنتاج المطلوبة رخيصة نسبيًا.