Optiskās kvalitātes silīcija karbīda viļņvada AR brilles: augstas tīrības pakāpes daļēji izolējošu substrātu sagatavošana

Uz mākslīgā intelekta revolūcijas fona AR brilles pakāpeniski ienāk sabiedrības apziņā. Kā paradigma, kas nemanāmi apvieno virtuālo un reālo pasauli, AR brilles atšķiras no VR ierīcēm ar to, ka ļauj lietotājiem vienlaikus uztvert gan digitāli projicētus attēlus, gan apkārtējās vides gaismu. Lai sasniegtu šo divējādo funkcionalitāti — mikrodispleja attēlu projicēšanu acīs, vienlaikus saglabājot ārējo gaismas caurlaidību —, optiskās kvalitātes silīcija karbīda (SiC) bāzes AR brilles izmanto viļņvada (gaismas vadotnes) arhitektūru. Šī konstrukcija izmanto pilnīgu iekšējo atstarošanu, lai pārraidītu attēlus, analogi optiskās šķiedras pārraidei, kā parādīts shematiskajā diagrammā.

Parasti viens 6 collu augstas tīrības pakāpes daļēji izolējošs substrāts var nodrošināt 2 stiklu pārus, savukārt 8 collu substrāts var uzņemt 3–4 pārus. SiC materiālu izmantošana sniedz trīs būtiskas priekšrocības:

1. Izcils refrakcijas indekss (2,7): Nodrošina >80° pilnkrāsu redzeslauku (FOV) ar vienu lēcas slāni, novēršot varavīksnes artefaktus, kas ir raksturīgi tradicionālajiem AR dizainiem.
2. Integrēts trīskrāsu (RGB) viļņvads: aizstāj daudzslāņu viļņvadu blokus, samazinot ierīces izmēru un svaru.
3. Izcila siltumvadītspēja (490 W/m·K): Mazina siltuma uzkrāšanās izraisīto optisko degradāciju.

Šīs priekšrocības ir veicinājušas lielu tirgus pieprasījumu pēc SiC bāzes AR stikliem. Izmantotais optiskās kvalitātes SiC parasti sastāv no augstas tīrības pakāpes daļēji izolējošiem (HPSI) kristāliem, kuru stingrās sagatavošanas prasības veicina pašreizējās augstās izmaksas. Līdz ar to HPSI SiC substrātu izstrāde ir izšķiroša.

1. Pusizolējoša SiC pulvera sintēze
Rūpnieciskā ražošanā galvenokārt tiek izmantota augstas temperatūras pašvairošanās sintēze (SHS), kas prasa rūpīgu kontroli:

• Izejvielas: 99,999 % tīras oglekļa/silīcija pulverveida vielas ar daļiņu izmēru 10–100 μm.
• Tīģeļa tīrība: grafīta komponenti tiek attīrīti augstā temperatūrā, lai samazinātu metālu piemaisījumu difūziju.
• Atmosfēras kontrole: 6N tīrības argons (ar iebūvētiem attīrītājiem) nomāc slāpekļa iekļaušanu; bora savienojumu iztvaikošanai un slāpekļa samazināšanai var ievadīt nelielu daudzumu HCl/H₂ gāzu, lai gan H₂ koncentrācija ir jāoptimizē, lai novērstu grafīta koroziju.
• Aprīkojuma standarti: Sintēzes krāsnīm jāsasniedz <10⁻⁴ Pa bāzes vakuums, ievērojot stingrus noplūžu pārbaudes protokolus.

2. Kristālu augšanas izaicinājumi
HPSI SiC augšanas fāzei ir līdzīgas tīrības prasības:

• Izejviela: 6N+ tīrības pakāpes SiC pulveris ar B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O zem robežvērtībām un minimālu sārmu metālu (Na/K) daudzumu.
• Gāzes sistēmas: 6N argona/ūdeņraža maisījumi uzlabo pretestību.
• Aprīkojums: Molekulārie sūkņi nodrošina īpaši augstu vakuumu (<10⁻⁶ Pa); kritiski svarīga ir tīģeļa pirmapstrāde un attīrīšana ar slāpekli.

Substrātu apstrādes inovācijas
Salīdzinot ar silīciju, SiC ilgstošie augšanas cikli un raksturīgais spriegums (kas izraisa plaisāšanu/malu šķembošanos) prasa uzlabotu apstrādi:

• Lāzera griešana: palielina ražu no 30 plāksnēm (350 μm, stieples zāģis) līdz >50 plāksnēm uz 20 mm kristāla kārtu, ar iespēju to retināt par 200 μm. Apstrādes laiks samazinās no 10–15 dienām (stieples zāģis) līdz <20 minūtēm/plāksne 8 collu kristāliem.

3. Nozaru sadarbība

Meta Orion komanda ir bijusi pirmā optiskās kvalitātes SiC viļņvadu ieviešanā, veicinot ieguldījumus pētniecībā un attīstībā. Galvenās partnerības ietver:

• TankeBlue un MUDI Micro: AR difraktīvo viļņvadu lēcu kopīga izstrāde.
• Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL un Kunyou Optoelectronics: stratēģiska alianse mākslīgā intelekta/arteriālās realitātes piegādes ķēdes integrācijai.

Tirgus prognozes lēš, ka līdz 2027. gadam gadā tiks saražotas 500 000 SiC bāzes AR vienību, kas patērēs 250 000 6 collu (vai 125 000 8 collu) substrātu. Šī tendence uzsver SiC transformējošo lomu nākamās paaudzes AR optikā.

XKH specializējas augstas kvalitātes 4H daļēji izolējošu (4H-SEMI) SiC substrātu piegādē ar pielāgojamiem diametriem no 2 collām līdz 8 collām, kas pielāgoti īpašām lietojumprogrammu prasībām RF, jaudas elektronikā un AR/VR optikā. Mūsu stiprās puses ietver uzticamu apjoma piegādi, precīzu pielāgošanu (biezums, orientācija, virsmas apdare) un pilnīgu iekšējo apstrādi no kristālu audzēšanas līdz pulēšanai. Papildus 4H-SEMI mēs piedāvājam arī 4H-N tipa, 4H/6H-P tipa un 3C-SiC substrātus, atbalstot dažādas pusvadītāju un optoelektronikas inovācijas.