W obliczu rewolucji sztucznej inteligencji (AI), okulary AR stopniowo wkraczają do świadomości społecznej. Jako paradygmat, który płynnie łączy świat wirtualny i rzeczywisty, okulary AR różnią się od urządzeń VR tym, że pozwalają użytkownikom jednocześnie postrzegać obrazy wyświetlane cyfrowo oraz światło otoczenia. Aby osiągnąć tę podwójną funkcjonalność – wyświetlanie obrazów z mikrowyświetlacza w oczach przy jednoczesnym zachowaniu transmisji światła zewnętrznego – okulary AR oparte na węgliku krzemu (SiC) klasy optycznej wykorzystują architekturę falowodu (światłowodu). Konstrukcja ta wykorzystuje całkowite wewnętrzne odbicie do przesyłania obrazów, analogicznie do transmisji światłowodowej, co ilustruje schemat.
Zazwyczaj jeden 6-calowy, półizolacyjny substrat o wysokiej czystości pozwala na uzyskanie 2 par szkieł, natomiast substrat 8-calowy mieści 3–4 pary. Zastosowanie materiałów SiC zapewnia trzy kluczowe korzyści:
- Wyjątkowy współczynnik załamania światła (2,7): Umożliwia uzyskanie pełnokolorowego pola widzenia (FOV) o wartości >80° przy użyciu jednej warstwy soczewki, eliminując artefakty tęczy, powszechne w tradycyjnych konstrukcjach AR.
- Zintegrowany trójkolorowy (RGB) falowód: zastępuje wielowarstwowe stosy falowodów, zmniejszając rozmiar i wagę urządzenia.
- Wysoka przewodność cieplna (490 W/m·K): ogranicza degradację optyczną wywołaną akumulacją ciepła.
Te zalety napędzają silny popyt rynkowy na szkła AR na bazie SiC. Używany SiC klasy optycznej zazwyczaj składa się z kryształów półizolacyjnych o wysokiej czystości (HPSI), których rygorystyczne wymagania dotyczące przygotowania przyczyniają się do obecnych wysokich kosztów. W związku z tym rozwój podłoży HPSI SiC ma kluczowe znaczenie.
1. Synteza półizolacyjnego proszku SiC
Produkcja na skalę przemysłową opiera się głównie na syntezie samonapędzającej się w wysokiej temperaturze (SHS), procesie wymagającym dokładnej kontroli:
- Surowce: proszki węglowe/krzemowe o czystości 99,999% i wielkości cząstek 10–100 μm.
- Czystość tygla: Elementy grafitowe poddawane są oczyszczaniu w wysokiej temperaturze w celu ograniczenia dyfuzji zanieczyszczeń metalicznych.
- Kontrola atmosfery: argon o czystości 6N (z oczyszczaczami liniowymi) ogranicza wchłanianie azotu; śladowe ilości gazów HCl/H₂ mogą być wprowadzane w celu ulatniania związków boru i redukcji azotu, jednak stężenie H₂ wymaga optymalizacji w celu zapobiegania korozji grafitu.
- Normy dotyczące sprzętu: Piece do syntezy muszą osiągać próżnię bazową <10⁻⁴ Pa, przy zastosowaniu rygorystycznych protokołów kontroli szczelności.
2. Wyzwania związane ze wzrostem kryształów
Wymagania dotyczące czystości dla wzrostu HPSI SiC są podobne:
- Surowiec: proszek SiC o czystości 6N+, zawierający B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O poniżej wartości progowych oraz minimalną zawartość metali alkalicznych (Na/K).
- Układy gazowe: mieszanki argonu/wodoru 6N zwiększają rezystywność.
- Sprzęt: Pompy molekularne zapewniają ultrawysoką próżnię (<10⁻⁶ Pa); krytyczne znaczenie ma wstępna obróbka tygla i przedmuchiwanie azotem.
Innowacje w przetwarzaniu substratów
W porównaniu z krzemem, wydłużone cykle wzrostu SiC i wrodzone naprężenia (powodujące pęknięcia/odpryskiwanie krawędzi) wymagają zaawansowanej obróbki:
- Cięcie laserowe: Zwiększa wydajność z 30 płytek (350 μm, piła druciana) do >50 płytek na 20-milimetrową kulkę, z możliwością pocienienia do 200 μm. Czas obróbki spada z 10–15 dni (piła druciana) do <20 min/płytkę dla kryształów o średnicy 8 cali.
3. Współpraca branżowa
Zespół Orion firmy Meta był pionierem we wdrażaniu światłowodów SiC klasy optycznej, co pobudziło inwestycje w badania i rozwój. Kluczowe partnerstwa obejmują:
- TankeBlue i MUDI Micro: Wspólne prace rozwojowe nad soczewkami dyfrakcyjnymi AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL i Kunyou Optoelectronics: Strategiczny sojusz na rzecz integracji łańcucha dostaw AI/AR.
Prognozy rynkowe szacują, że do 2027 roku będzie ich 500 000 rocznie, wykorzystując 250 000 podłoży 6-calowych (lub 125 000 8-calowych). Ta tendencja podkreśla transformacyjną rolę SiC w optyce AR nowej generacji.
Firma XKH specjalizuje się w dostarczaniu wysokiej jakości półizolacyjnych podłoży SiC 4H (4H-SEMI) o średnicach od 2 do 8 cali, dostosowanych do specyficznych wymagań zastosowań w zakresie RF, elektroniki mocy oraz optyki rozszerzonej rzeczywistości (AR/VR). Nasze atuty to niezawodne dostawy wielkoseryjne, precyzyjne dopasowanie (grubość, orientacja, wykończenie powierzchni) oraz kompleksowa obróbka na miejscu, od wzrostu kryształów po polerowanie. Oprócz podłoży 4H-SEMI, oferujemy również podłoża SiC typu 4H-N, 4H/6H-P i 3C, wspierając różnorodne innowacje półprzewodnikowe i optoelektroniczne.
Czas publikacji: 08-08-2025