В условиях стремительного развития технологий дополненной реальности (AR) умные очки, являющиеся важным инструментом для её реализации, постепенно переходят от концепции к реальности. Однако их широкое внедрение по-прежнему сталкивается со множеством технических проблем, особенно в плане технологии отображения, веса, теплоотвода и оптических характеристик. В последние годы карбид кремния (SiC), как новый материал, широко применяется в различных силовых полупроводниковых приборах и модулях. В настоящее время он становится ключевым материалом в области очков дополненной реальности. Высокий показатель преломления карбида кремния, отличные теплоотводящие свойства и высокая твёрдость, среди прочих характеристик, демонстрируют значительный потенциал для применения в области технологий отображения, лёгкости конструкции и теплоотвода очков дополненной реальности. Мы можем предложитьПластина SiC, который играет решающую роль в улучшении этих областей. Ниже мы рассмотрим, как карбид кремния может внести революционные изменения в умные очки, с точки зрения его свойств, технологических прорывов, рыночных применений и будущих перспектив.
Свойства и преимущества карбида кремния
Карбид кремния — широкозонный полупроводниковый материал с превосходными свойствами, такими как высокая твёрдость, высокая теплопроводность и высокий показатель преломления. Эти характеристики открывают ему широкие возможности применения в электронных и оптических устройствах, а также в системах терморегулирования. В частности, в области умных очков преимущества карбида кремния проявляются в следующих аспектах:
Высокий показатель преломления: показатель преломления карбида кремния превышает 2,6, что значительно выше, чем у традиционных материалов, таких как смола (1,51–1,74) и стекло (1,5–1,9). Высокий показатель преломления означает, что карбид кремния может более эффективно ограничивать распространение света, уменьшая потери световой энергии и тем самым улучшая яркость дисплея и поле зрения (FOV). Например, в очках дополненной реальности Meta Orion используется технология волновода из карбида кремния, обеспечивающая поле зрения 70 градусов, что значительно превышает 40 градусов, характерное для традиционных стекол.
Превосходное теплоотведение: теплопроводность карбида кремния в сотни раз выше, чем у обычного стекла, что обеспечивает быстрый отвод тепла. Теплоотвод — ключевой вопрос для очков дополненной реальности, особенно при использовании дисплеев высокой яркости и длительном использовании. Линзы из карбида кремния способны быстро отводить тепло, генерируемое оптическими компонентами, повышая стабильность и срок службы устройства. Мы предлагаем пластины SiC, обеспечивающие эффективное теплоотведение в таких приложениях.
Высокая твёрдость и износостойкость: карбид кремния — один из самых твёрдых известных материалов, уступающий по твёрдости только алмазу. Благодаря этому линзы из карбида кремния более износостойкие и подходят для повседневного использования. В отличие от них, стекло и полимерные материалы более подвержены царапинам, что ухудшает удобство использования.
Антирадужный эффект: Традиционные стеклянные материалы, используемые в очках дополненной реальности, часто создают эффект радуги, когда окружающий свет отражается от поверхности волновода, создавая динамичные цветные световые узоры. Карбид кремния эффективно устраняет эту проблему, оптимизируя структуру решетки, тем самым улучшая качество изображения и устраняя эффект радуги, вызванный отражением окружающего света от поверхности волновода.
Технологические прорывы карбида кремния в очках дополненной реальности
В последние годы технологические прорывы в области применения карбида кремния в очках дополненной реальности были сосредоточены преимущественно на разработке дифракционных волноводных линз. Дифракционный волновод — это технология отображения, сочетающая явление дифракции света с волноводными структурами для передачи изображений, создаваемых оптическими компонентами, через решетку линзы. Это уменьшает толщину линзы, делая очки дополненной реальности более похожими на обычные очки.
В октябре 2024 года компания Meta (ранее Facebook) представила использование волноводов с травлением на основе карбида кремния в сочетании с микросветодиодами в своих очках дополненной реальности Orion, решив ключевые проблемы, такие как поле зрения, вес и оптические артефакты. Специалист по оптике компании Meta Паскуаль Ривера заявил, что технология волноводов на основе карбида кремния полностью преобразила качество изображения в очках дополненной реальности, изменив восприятие с «радужных световых пятен, как на диско-шаре» на «спокойное ощущение концертного зала».
В декабре 2024 года компания XINKEHUI успешно разработала первую в мире 12-дюймовую (30,5 см) высокочистую полуизолирующую монокристаллическую подложку из карбида кремния, что стало крупным прорывом в области крупногабаритных подложек. Эта технология ускорит применение карбида кремния в новых областях, таких как производство очков дополненной реальности и радиаторов. Например, 12-дюймовая (30,5 см) пластина из карбида кремния позволяет изготавливать 8-9 пар линз для очков дополненной реальности, что значительно повышает эффективность производства. Мы можем предоставить пластины из карбида кремния (SiC) для поддержки подобных применений в индустрии очков дополненной реальности.
Недавно компания XINKEHUI, поставщик подложек из карбида кремния, заключила партнерское соглашение с компанией MOD MICRO-NANO, специализирующейся на микро- и нано-оптоэлектронных устройствах, для создания совместного предприятия, ориентированного на разработку и продвижение на рынок технологии дифракционных волноводных линз дополненной реальности (AR). XINKEHUI, обладая техническим опытом в области подложек из карбида кремния, поставит высококачественные подложки для MOD MICRO-NANO, которая, используя свои преимущества в микро- и нано-оптических технологиях и обработке AR-волноводов, будет оптимизировать характеристики дифракционных волноводов. Ожидается, что это сотрудничество ускорит технологический прорыв в области очков дополненной реальности, способствуя переходу отрасли к более эффективным и лёгким конструкциям.
На выставке SPIE AR|VR|MR 2025 компания MOD MICRO-NANO представила линзы для очков дополненной реальности второго поколения из карбида кремния весом всего 2,7 грамма и толщиной всего 0,55 миллиметра, что легче обычных солнцезащитных очков, обеспечивая пользователям практически неощутимый опыт ношения, достигая по-настоящему «легкой» конструкции.
Примеры применения карбида кремния в очках дополненной реальности
В процессе производства волноводов из карбида кремния команда Меты преодолела трудности, связанные с технологией наклонного травления. Руководитель исследований Нихар Моханти объяснил, что наклонное травление — это нетрадиционная технология решёток, при которой линии травятся под наклоном для оптимизации эффективности ввода и развязки света. Этот прорыв заложил основу для массового внедрения карбида кремния в AR-очки.
Очки дополненной реальности Orion от Meta — яркий пример применения технологии карбида кремния в дополненной реальности. Благодаря использованию волновода из карбида кремния, очки Orion обеспечивают угол обзора 70 градусов и эффективно решают такие проблемы, как двоение изображения и эффект радуги.
Джузеппе Карафиоре, руководитель отдела технологий волноводов дополненной реальности компании Meta, отметил, что высокий показатель преломления и теплопроводность карбида кремния делают его идеальным материалом для очков дополненной реальности. После выбора материала следующей задачей стала разработка волновода, а именно процесса наклонного травления решетки. Карафиоре объяснил, что решетка, которая отвечает за ввод и вывод света из линзы, должна использовать наклонное травление. Вытравленные линии расположены не вертикально, а распределены под наклоном. Нихар Моханти добавил, что они стали первой командой в мире, которая добилась наклонного травления непосредственно на устройствах. В 2019 году Нихар Моханти и его команда построили специальную производственную линию. До этого не было оборудования для травления волноводов из карбида кремния, и эта технология была невозможна вне лаборатории.
Проблемы и перспективы карбида кремния
Несмотря на большой потенциал карбида кремния в очках дополненной реальности, его применение по-прежнему сталкивается с рядом трудностей. В настоящее время карбид кремния является дорогостоящим материалом из-за медленного роста его структуры и сложности обработки. Например, одна линза из карбида кремния для очков дополненной реальности Orion компании Meta стоит до 1000 долларов, что затрудняет удовлетворение потребностей потребительского рынка. Однако, в связи с быстрым развитием электромобилей, стоимость карбида кремния постепенно снижается. Более того, разработка крупногабаритных подложек (например, 12-дюймовых пластин) будет способствовать дальнейшему снижению затрат и повышению эффективности.
Высокая твёрдость карбида кремния также затрудняет его обработку, особенно при изготовлении микро- и наноструктур, что приводит к низкому выходу годных изделий. Ожидается, что в будущем, благодаря более тесному сотрудничеству между поставщиками подложек из карбида кремния и производителями микро- и нанооптики, эта проблема будет решена. Применение карбида кремния в очках дополненной реальности (AR) всё ещё находится на ранней стадии, что требует от компаний инвестиций в исследования и разработку оборудования на основе карбида кремния оптического класса. Команда Меты ожидает, что другие производители начнут разрабатывать собственное оборудование, поскольку чем больше компаний инвестируют в исследования и разработку оборудования на основе карбида кремния оптического класса, тем сильнее будет становиться экосистема индустрии потребительских AR-очков.
Заключение
Карбид кремния, обладающий высоким показателем преломления, отличным теплоотводом и высокой твёрдостью, становится ключевым материалом в области очков дополненной реальности. Совместная работа XINKEHUI и MOD MICRO-NANO, а также успешное применение карбида кремния в очках дополненной реальности Orion от Meta – всё это свидетельствует о его потенциале в области умных очков. Несмотря на такие сложности, как стоимость и технические препятствия, по мере развития производственной цепочки и развития технологий ожидается, что карбид кремния будет блистать в области очков дополненной реальности, способствуя повышению производительности, снижению веса и более широкому внедрению умных очков. В будущем карбид кремния может стать основным материалом в индустрии дополненной реальности, открыв новую эру умных очков.
Потенциал карбида кремния не ограничивается очками дополненной реальности; его межотраслевое применение в электронике и фотонике также открывает огромные перспективы. Например, активно изучается применение карбида кремния в квантовых вычислениях и мощных электронных устройствах. По мере развития технологий и снижения стоимости ожидается, что карбид кремния будет играть ключевую роль во всё большем количестве областей, ускоряя развитие смежных отраслей. Мы можем поставлять пластины SiC для различных применений, способствуя развитию как технологий дополненной реальности, так и других областей.
Сопутствующий продукт
8-дюймовая 200-мм 4H-N SiC-пластина, проводящий макет исследовательского класса
Время публикации: 01.04.2025