AR stakla optičkog kvaliteta od silicijum-karbidnog talasovoda: Priprema visokočistih poluizolacionih supstrata

U kontekstu revolucije umjetne inteligencije, AR naočale postepeno ulaze u javnu svijest. Kao paradigma koja besprijekorno spaja virtualni i stvarni svijet, AR naočale se razlikuju od VR uređaja po tome što korisnicima omogućavaju istovremeno percipiranje i digitalno projiciranih slika i ambijentalnog svjetla. Da bi se postigla ova dvostruka funkcionalnost - projiciranje slika mikrodispleja u oči uz očuvanje vanjskog prijenosa svjetlosti - AR naočale bazirane na optičkom silicijum karbidu (SiC) koriste arhitekturu valovoda (svjetlosnog vodiča). Ovaj dizajn koristi potpunu unutrašnju refleksiju za prijenos slika, analogno prijenosu optičkih vlakana, kao što je ilustrovano 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. Usvajanje SiC materijala daje tri ključne prednosti:

1. Izuzetan indeks prelamanja (2,7): Omogućava vidno polje (FOV) u punoj boji >80° s jednim slojem sočiva, eliminirajući artefakte duge uobičajene u konvencionalnim AR dizajnima.
2. Integrisani trobojni (RGB) talasovod: Zamjenjuje višeslojne slojeve talasovoda, smanjujući veličinu i težinu uređaja.
3. Vrhunska toplotna provodljivost (490 W/m·K): Ublažava optičku degradaciju izazvanu akumulacijom toplote.

Ove prednosti su dovele do snažne tržišne potražnje 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. Shodno tome, razvoj HPSI SiC supstrata je od ključne važnosti.

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

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

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

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

Inovacije u obradi supstrata
U poređenju sa silicijumom, produženi ciklusi rasta SiC-a i inherentni stres (koji uzrokuje pucanje/ljuštenje ivica) zahtijevaju naprednu obradu:

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

3. Saradnja u industriji

Metin Orion tim je pionir u usvajanju optičkih SiC valovoda, što je potaknulo ulaganja u istraživanje i razvoj. Ključna partnerstva uključuju:

• TankeBlue i MUDI Micro: Zajednički razvoj AR difraktivnih valovodnih sočiva.
• Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL i Kunyou Optoelectronics: Strateški savez za integraciju lanca snabdijevanja umjetnom inteligencijom/proširenom stvarnošću.

Projekcije tržišta procjenjuju 500.000 AR jedinica baziranih 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 u rasponu od 2 inča do 8 inča, prilagođenih specifičnim zahtjevima primjene u RF-u, energetskoj elektronici i AR/VR optici. Naše snage uključuju pouzdanu isporuku velikih količina, precizno prilagođavanje (debljina, orijentacija, završna obrada površine) i potpunu internu obradu od rasta kristala do poliranja. Pored 4H-SEMI, nudimo i 4H-N-tip, 4H/6H-P-tip i 3C-SiC supstrate, podržavajući raznolike inovacije u poluprovodničkim i optoelektronskim tehnologijama.