Optička silicijeva karbidna valovodna AR stakla: Priprema visokočistih poluizolacijskih supstrata

U kontekstu revolucije umjetne inteligencije, AR naočale postupno ulaze u javnu svijest. Kao paradigma koja besprijekorno spaja virtualni i stvarni svijet, AR naočale se razlikuju od VR uređaja po tome što korisnicima omogućuju istovremeno percipiranje digitalno projiciranih slika i ambijentalnog svjetla. Kako bi se postigla ova dvostruka funkcionalnost - projiciranje slika mikrozaslona u oči uz očuvanje vanjskog prijenosa svjetlosti - AR naočale na bazi optičkog silicijevog karbida (SiC) koriste arhitekturu valovoda (svjetlosnog vodiča). Ovaj dizajn koristi potpunu unutarnju refleksiju za prijenos slika, analogno prijenosu optičkih vlakana, kao što je prikazano na shematskom dijagramu.

Tipično, jedna poluizolacijska podloga visoke čistoće od 6 inča može dati 2 para stakala, dok podloga od 8 inča može primiti 3-4 para. Primjena SiC materijala daje tri ključne prednosti:

1. Izvanredan indeks loma (2,7): Omogućuje vidno polje (FOV) u punoj boji >80° s jednim slojem leće, uklanjajući artefakte duge uobičajene u konvencionalnim AR dizajnima.
2. Integrirani trobojni (RGB) valovod: Zamjenjuje višeslojne slojeve valovoda, smanjujući veličinu i težinu uređaja.
3. Vrhunska toplinska vodljivost (490 W/m·K): Ublažava optičku degradaciju uzrokovanu akumulacijom topline.

Ove su prednosti potaknule snažnu tržišnu potražnju za AR staklima na bazi SiC-a. Optički SiC koji se koristi obično se sastoji od visokočistih poluizolacijskih (HPSI) kristala, čiji strogi zahtjevi za pripremu doprinose trenutno visokim troškovima. Posljedično, razvoj HPSI SiC supstrata je ključan.

1. Sinteza poluizolacijskog SiC praha
Industrijska proizvodnja pretežno koristi samopropagirajuću sintezu (SHS) na visokim temperaturama, proces koji zahtijeva pedantnu kontrolu:

• Sirovine: 99,999% čisti ugljik/silicijev prah s veličinom čestica od 10–100 μm.
• Čistoća lončića: Grafitne komponente podvrgavaju se pročišćavanju na visokoj temperaturi kako bi se smanjila difuzija metalnih nečistoća.
• Kontrola atmosfere: argon čistoće 6N (s linijskim pročišćivačima) potiskuje ugradnju dušika; tragovi plinova HCl/H₂ mogu se uvesti za isparavanje spojeva bora i smanjenje dušika, iako je potrebna optimizacija koncentracije H₂ kako bi se spriječila korozija grafita.
• Standardi opreme: Sintetske peći moraju postići osnovni vakuum <10⁻⁴ Pa, uz rigorozne protokole provjere curenja.

2. Izazovi rasta kristala
Rast HPSI SiC-a ima slične zahtjeve za čistoću:

• Sirovina: SiC prah čistoće 6N+ s B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O ispod graničnih vrijednosti i minimalnim udjelom alkalnih metala (Na/K).
• Plinski sustavi: 6N mješavine argona/vodika povećavaju otpornost.
• Oprema: Molekularne pumpe osiguravaju ultravisoki vakuum (<10⁻⁶ Pa); predobrada lončića i pročišćavanje dušikom su ključni.

Inovacije u obradi supstrata
U usporedbi sa silicijem, produljeni ciklusi rasta SiC-a i inherentno naprezanje (koje uzrokuje pucanje/ljuštenje rubova) zahtijevaju naprednu obradu:

• Lasersko rezanje: Povećava prinos s 30 pločica (350 μm, žičana pila) na >50 pločica po kuglici od 20 mm, s potencijalom za prorjeđivanje od 200 μm. Vrijeme obrade smanjuje se s 10-15 dana (žičana pila) na <20 min/pločici za kristale od 8 inča.

3. Suradnja u industriji

Metin Orion tim pionirski je u primjeni optičkih SiC valovoda, potičući ulaganja u istraživanje i razvoj. Ključna partnerstva uključuju:

• TankeBlue i MUDI Micro: Zajednički razvoj AR difraktivnih valovodnih leća.
• Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL i Kunyou Optoelectronics: Strateški savez za integraciju opskrbnog lanca umjetne inteligencije/proširene stvarnosti.

Tržišne projekcije procjenjuju 500.000 AR jedinica temeljenih na SiC-u godišnje do 2027. godine, trošeći 250.000 supstrata od 6 inča (ili 125.000 od 8 inča). Ova putanja naglašava transformativnu ulogu SiC-a u AR optici sljedeće generacije.

XKH se specijalizirao za isporuku visokokvalitetnih 4H-poluizolacijskih (4H-SEMI) SiC supstrata s prilagodljivim promjerima od 2 do 8 inča, prilagođenih specifičnim zahtjevima primjene u RF-u, energetskoj elektronici i AR/VR optici. Naše snage uključuju pouzdanu opskrbu velikim količinama, preciznu prilagodbu (debljina, orijentacija, površinska obrada) i potpunu internu obradu od rasta kristala do poliranja. Osim 4H-SEMI, nudimo i 4H-N-tip, 4H/6H-P-tip i 3C-SiC supstrate, podržavajući raznolike inovacije u poluvodičkoj i optoelektronici.