I. Преимущества

Высокоскоростная обработка и передача сигналов

Переключатели фотоэлектрических интегральных схем преодолевают « электронное узкое место» традиционных электронных переключателей, скорость передачи оптического сигнала близка к скорости света (около 3 × 10 ⁸ м / с), а электромагнитные помехи между оптическими сигналами отсутствуют, скорость переключения на уровне ГГц или даже выше, подходит для 5G / 6G связи, высокоскоростного взаимодействия центров обработки данных и других сценариев с высокой пропускной способностью.

Малый размер, высокая интеграция

Фотоэлектрические устройства и интегральные схемы интегрируются в один чип (например, InP, GaAs или Si - базовая подложка) без внешнего сращивания оптических модулей и электронных схем, что значительно уменьшает объем устройства, снижает сложность упаковки, уменьшает потери сигнала во внешних соединениях и повышает эффективность системной интеграции.

Высокая устойчивость к электромагнитным помехам (EMI)

Сигналы передаются в виде света, а не электрических сигналов и поэтому не подвержены воздействию электромагнитного излучения, радиочастотных помех или шума заземления. В энергосистеме, промышленной электромагнитной среде и других сценах стабильность намного лучше, чем традиционные электронные переключатели.

Низкий потенциал энергопотребления

Для сценариев передачи на большие расстояния и высокие скорости энергопотребление переключателей фотоэлектрических интегральных схем ниже, чем у традиционных электронных переключателей (электронные переключатели должны преодолевать сопротивление провода и потери емкости, а потери оптической передачи чрезвычайно низки). В частности, на интегрированной платформе на основе Si можно использовать зрелый процесс CMOS для достижения привода с низким энергопотреблением.

Сигнал хорошо изолирован.

Световой сигнал в передаче без электрического контакта, естественно, с характеристиками электрической изоляции, без дополнительного устройства изоляции для достижения безопасного переключения между схемами высокого и низкого напряжения, подходит для медицинского оборудования, новой системы управления энергией и других строгих требований к изоляции сцены.

II. Недостатки

Более высокая стоимость

Основная подложка (например, InP, GaAs) Высокая стоимость материала, сложный процесс подготовки фотоэлектрических устройств (например, лазеров, модуляторов) (требует экстраполяционного роста, фотолитографического травления и других высокоточных шагов); В то же время, фотоэлектрическая интеграция дизайна затруднена, необходимо учитывать оптические и электронные характеристики, что приводит к исследованиям и разработкам и массовым издержкам производства, которые значительно выше, чем традиционные электронные переключатели.

Плохая стабильность температуры

Производительность фотоэлектрических устройств (особенно лазеров, детекторов) чувствительна к температуре: изменение температуры может привести к дрейфу длины волны лазера, повышению порогового тока, что, в свою очередь, влияет на скорость реакции и точность переключателя. Требуется дополнительное оснащение модулями терморегулирования (например, полупроводниковыми охладителями TEC), что повышает сложность системы и энергопотребление.

Совместимость и технологическая зрелость ограничены

Основная фотоэлектрическая интеграция зависит от полупроводников соединений группы III - V (например, InP), которые плохо совместимы с традиционными процессами на основе кремния CMOS, и кросс - платформенная интеграция затруднена; Хотя фотоэлектрическая интеграция на основе Si опирается на технологию CMOS, световая эффективность кремния низкая, подготовка высокопроизводительных фотоэлектрических устройств по - прежнему требует гетерогенной интеграции, технологическая зрелость меньше, чем чистая электронная интегральная схема.

Сцена на короткие расстояния низкая.

В сценариях с низкой скоростью и коротким расстоянием (например, соединение на уровне пластины в пределах нескольких сантиметров) преимущества высокой скорости и низких потерь фотоэлектрических переключателей не могут быть отражены, но из - за высокой стоимости, сложного привода, рентабельность намного ниже, чем у обычных электронных переключателей (например, переключателей MOSFET).

Вставить проблему потерь и помех

волноводы, соединители и другие структуры в интегрированных оптических каналах могут вводить потери вставки световых сигналов; Если дизайн неправильный, между различными световыми путями также могут быть последовательные помехи, влияющие на чистоту сигнала переключателя, которые должны быть компенсированы сложной оптической конструкцией (например, изоляцией, фильтром), что еще больше увеличивает затраты на проектирование.

III. Резюме применимых сценариев

Переключатели на фотоэлектрических интегральных схемах лучше подходят для высокоскоростных, дальних, сильных помех или сценариев с высоким спросом на изоляцию (например, магистральные сети связи, центры обработки данных, аэрокосмическая промышленность), в то время как традиционные электронные переключатели остаются лучшим выбором для низкоскоростных, коротких и недорогих гражданских или промышленных сценариев управления. С развитием технологии фотоэлектрической интеграции на основе Si, ее стоимость и совместимость постепенно улучшаются, и в будущем сфера применения будет еще более расширена.