En el context de la revolució de la IA, les ulleres de realitat augmentada (RA) estan entrant gradualment a la consciència pública. Com a paradigma que combina perfectament els mons virtuals i reals, les ulleres de RA es diferencien dels dispositius de realitat virtual en permetre als usuaris percebre simultàniament tant imatges projectades digitalment com la llum ambiental. Per aconseguir aquesta doble funcionalitat (projectar imatges de microdisplay als ulls i preservar la transmissió de la llum externa), les ulleres de RA basades en carbur de silici (SiC) de grau òptic utilitzen una arquitectura de guia d'ones (guia de llum). Aquest disseny aprofita la reflexió interna total per transmetre imatges, de manera anàloga a la transmissió per fibra òptica, tal com s'il·lustra al diagrama esquemàtic.
Normalment, un substrat semiaïllant d'alta puresa de 6 polzades pot produir 2 parells de vidres, mentre que un substrat de 8 polzades admet 3-4 parells. L'adopció de materials de SiC confereix tres avantatges crítics:
- Índex de refracció excepcional (2,7): permet un camp de visió (FOV) a tot color de més de 80° amb una sola capa de lent, eliminant els artefactes de l'arc de Sant Martí comuns en els dissenys de realitat augmentada convencionals.
- Guia d'ones tricolor (RGB) integrada: Substitueix les piles de guies d'ones multicapa, reduint la mida i el pes del dispositiu.
- Conductivitat tèrmica superior (490 W/m·K): Mitiga la degradació òptica induïda per l'acumulació de calor.
Aquests mèrits han impulsat una forta demanda al mercat de vidres AR basats en SiC. El SiC de grau òptic utilitzat normalment consisteix en cristalls semiaïllants d'alta puresa (HPSI), els requisits de preparació estrictes dels quals contribueixen als elevats costos actuals. En conseqüència, el desenvolupament de substrats SiC HPSI és fonamental.
1. Síntesi de pols semiaïllant de SiC
La producció a escala industrial utilitza predominantment la síntesi autopropagant a alta temperatura (SHS), un procés que requereix un control meticulós:
- Matèries primeres: pols de carboni/silici pur al 99,999% amb mides de partícula de 10–100 μm.
- Puresa del gresol: els components de grafit se sotmeten a una purificació a alta temperatura per minimitzar la difusió d'impureses metàl·liques.
- Control de l'atmosfera: l'argó de puresa 6N (amb purificadors en línia) suprimeix la incorporació de nitrogen; es poden introduir traces de gasos HCl/H₂ per volatilitzar els compostos de bor i reduir el nitrogen, tot i que la concentració d'H₂ requereix una optimització per evitar la corrosió del grafit.
- Estàndards dels equips: els forns de síntesi han d'aconseguir un buit base de <10⁻⁴ Pa, amb protocols rigorosos de comprovació de fuites.
2. Reptes del creixement dels cristalls
El creixement HPSI SiC comparteix requisits de puresa similars:
- Matèria d'alimentació: pols de SiC de puresa 6N+ amb B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O per sota dels límits llindar i un mínim de metalls alcalins (Na/K).
- Sistemes de gas: les mescles d'argó/hidrogen 6N augmenten la resistivitat.
- Equipament: Les bombes moleculars garanteixen un buit ultra alt (<10⁻⁶ Pa); el pretractament del gresol i la purga amb nitrogen són fonamentals.
Innovacions en el processament de substrats
En comparació amb el silici, els cicles de creixement prolongats del SiC i l'estrès inherent (que provoca esquerdes/esquerdament de les vores) requereixen un processament avançat:
- Tall amb làser: augmenta el rendiment de 30 oblies (350 μm, serra de filferro) a >50 oblies per bola de 20 mm, amb potencial per a un aprimament de 200 μm. El temps de processament baixa de 10 a 15 dies (serra de filferro) a <20 min/oblia per a cristalls de 8 polzades.
3. Col·laboracions amb la indústria
L'equip Orion de Meta ha estat pioner en l'adopció de guies d'ones de SiC de grau òptic, cosa que ha impulsat les inversions en R+D. Les principals col·laboracions inclouen:
- TankeBlue i MUDI Micro: Desenvolupament conjunt de lents de guia d'ones difractives AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL i Kunyou Optoelectronics: Aliança estratègica per a la integració de la cadena de subministrament d'IA/RA.
Les projeccions de mercat estimen 500.000 unitats de realitat augmentada basades en SiC anualment el 2027, consumint 250.000 substrats de 6 polzades (o 125.000 de 8 polzades). Aquesta trajectòria subratlla el paper transformador del SiC en l'òptica de realitat augmentada de nova generació.
XKH s'especialitza en el subministrament de substrats de SiC semiaïllants 4H (4H-SEMI) d'alta qualitat amb diàmetres personalitzables que van des de 2 polzades fins a 8 polzades, adaptats per satisfer els requisits d'aplicacions específiques en RF, electrònica de potència i òptica AR/VR. Els nostres punts forts inclouen un subministrament de volum fiable, una personalització precisa (gruix, orientació, acabat superficial) i un processament intern complet, des del creixement del cristall fins al polit. A més de 4H-SEMI, també oferim substrats de tipus 4H-N, 4H/6H-P i 3C-SiC, que donen suport a diverses innovacions en semiconductors i optoelectròniques.
Data de publicació: 08-08-2025