На фоне революции искусственного интеллекта очки дополненной реальности постепенно входят в общественное сознание. Очки дополненной реальности, представляющие собой парадигму, органично сочетающую виртуальный и реальный миры, отличаются от устройств виртуальной реальности тем, что позволяют пользователям одновременно воспринимать как цифровые проецируемые изображения, так и окружающий свет. Для достижения этой двойной функциональности — проецирования изображений с микродисплеев в глаза с сохранением внешнего светопропускания — в очках дополненной реальности на основе оптического карбида кремния (SiC) используется волноводная (световодная) архитектура. Эта конструкция использует полное внутреннее отражение для передачи изображений, аналогично оптоволоконной передаче, как показано на схеме.
Как правило, одна 6-дюймовая (15,5 см) высокочистая полуизолирующая подложка позволяет изготовить две пары стекол, тогда как 8-дюймовая (20,5 см) подложка вмещает 3–4 пары. Использование материалов на основе карбида кремния (SiC) даёт три важных преимущества:
- Исключительный показатель преломления (2,7): обеспечивает полноцветное поле зрения >80° с помощью одного слоя линз, устраняя радужные артефакты, характерные для традиционных конструкций дополненной реальности.
- Интегрированный трехцветный (RGB) волновод: заменяет многослойные волноводные стеки, уменьшая размер и вес устройства.
- Превосходная теплопроводность (490 Вт/м·К): уменьшает оптическую деградацию, вызванную накоплением тепла.
Эти преимущества обусловили высокий рыночный спрос на просветляющие стекла на основе SiC. Оптический SiC обычно представляет собой кристаллы высокочистого полуизолирующего материала (HPSI), строгие требования к их изготовлению обуславливают высокую стоимость. Поэтому разработка подложек HPSI SiC имеет решающее значение.
1. Синтез полуизолирующего порошка SiC
В промышленном производстве преимущественно используется высокотемпературный самораспространяющийся синтез (СВС) — процесс, требующий тщательного контроля:
- Сырье: углеродно-кремниевые порошки чистотой 99,999% с размером частиц 10–100 мкм.
- Чистота тигля: графитовые компоненты подвергаются высокотемпературной очистке для минимизации диффузии металлических примесей.
- Контроль атмосферы: аргон чистотой 6N (с встроенными очистителями) подавляет внедрение азота; следовые количества газов HCl/H₂ могут быть введены для улетучивания соединений бора и снижения содержания азота, хотя концентрация H₂ требует оптимизации для предотвращения коррозии графита.
- Стандарты оборудования: печи синтеза должны обеспечивать базовый вакуум <10⁻⁴ Па со строгими протоколами проверки на герметичность.
2. Проблемы роста кристаллов
К процессу выращивания HPSI SiC предъявляются схожие требования по чистоте:
- Исходное сырье: порошок SiC чистотой 6N+ с B/Al/N <10¹⁶ см⁻³, Fe/Ti/O ниже пороговых значений и минимальным содержанием щелочных металлов (Na/K).
- Газовые системы: смеси аргона и водорода 6N повышают удельное сопротивление.
- Оборудование: Молекулярные насосы обеспечивают сверхвысокий вакуум (<10⁻⁶ Па); предварительная обработка тигля и продувка азотом имеют решающее значение.
Инновации в обработке субстратов
По сравнению с кремнием, длительные циклы роста SiC и присущие ему напряжения (вызывающие растрескивание/сколы) требуют более сложной обработки:
- Лазерная резка: увеличивает выход готовой продукции с 30 пластин (350 мкм, проволочная пила) до >50 пластин на булю диаметром 20 мм с возможностью утонения до 200 мкм. Время обработки сокращается с 10–15 дней (проволочная пила) до <20 минут на пластину для кристаллов диаметром 8 дюймов.
3. Сотрудничество с промышленностью
Команда Orion компании Meta стала пионером в применении оптических волноводов на основе SiC, что стимулировало инвестиции в НИОКР. Ключевые партнёрства включают:
- TankeBlue и MUDI Micro: совместная разработка дифракционных волноводных линз AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL и Kunyou Optoelectronics: стратегический альянс для интеграции цепочки поставок ИИ/ДР.
Прогнозы рынка предполагают, что к 2027 году ежегодно будет выпускаться 500 000 устройств дополненной реальности на основе SiC, для которых потребуется 250 000 6-дюймовых (или 125 000 8-дюймовых) подложек. Эта тенденция подчёркивает преобразующую роль SiC в оптике дополненной реальности следующего поколения.
Компания XKH специализируется на поставках высококачественных подложек SiC 4H-полуизолирующего (4H-SEMI) типа с регулируемым диаметром от 2 до 8 дюймов, разработанных специально для удовлетворения требований к применению в СВЧ-технологиях, силовой электронике и оптике дополненной и виртуальной реальности. Наши сильные стороны включают в себя надежные объемные поставки, точную настройку (толщина, ориентация, качество поверхности) и полный комплекс собственных технологических процессов, от выращивания кристаллов до полировки. Помимо подложек 4H-SEMI, мы также предлагаем подложки типов 4H-N, 4H/6H-P и 3C-SiC, которые подходят для различных полупроводниковых и оптоэлектронных инноваций.
Время публикации: 08 августа 2025 г.