Mga Optical-Grade Silicon Carbide Waveguide AR Glasses: Paghahanda ng mga High-Purity Semi-Insulating Substrates

Sa gitna ng rebolusyon ng AI, unti-unting pumapasok sa kamalayan ng publiko ang mga AR glasses. Bilang isang paradigma na maayos na pinagsasama ang mga virtual at totoong mundo, naiiba ang mga AR glasses sa mga VR device dahil pinapayagan nito ang mga gumagamit na makita ang parehong digital na pino-project na mga imahe at ang nakapaligid na liwanag sa kapaligiran nang sabay-sabay. Upang makamit ang dual functionality na ito—ang pagpo-project ng mga microdisplay na imahe sa mga mata habang pinapanatili ang panlabas na transmisyon ng liwanag—ang mga optical-grade silicon carbide (SiC)-based na AR glasses ay gumagamit ng waveguide (lightguide) architecture. Ginagamit ng disenyong ito ang total internal reflection upang magpadala ng mga imahe, katulad ng optical fiber transmission, gaya ng inilalarawan sa schematic diagram.

Kadalasan, ang isang 6-pulgadang high-purity semi-insulating substrate ay maaaring magbunga ng 2 pares ng salamin, habang ang isang 8-pulgadang substrate ay kayang maglaman ng 3-4 na pares. Ang paggamit ng mga materyales na SiC ay nagbibigay ng tatlong kritikal na bentahe:

1. Pambihirang refractive index (2.7): Nagbibigay-daan sa >80° full-color field of view (FOV) gamit ang isang lens layer lamang, na nag-aalis ng mga rainbow artifact na karaniwan sa mga kumbensyonal na disenyo ng AR.
2. Integrated tri-color (RGB) waveguide: Pinapalitan ang mga multi-layer waveguide stack, na binabawasan ang laki at bigat ng device.
3. Superior thermal conductivity (490 W/m·K): Binabawasan ang optical degradation na dulot ng akumulasyon ng init.

Ang mga meritong ito ang nagtulak sa malakas na demand sa merkado para sa mga salamin sa mata na nakabatay sa SiC. Ang optical-grade na SiC na ginagamit ay karaniwang binubuo ng mga high-purity semi-insulating (HPSI) crystals, na ang mahigpit na mga kinakailangan sa paghahanda ay nakakatulong sa kasalukuyang mataas na gastos. Dahil dito, ang pagbuo ng mga HPSI SiC substrate ay napakahalaga.

1. Sintesis ng Semi-Insulating SiC Powder
Ang produksiyong pang-industriya ay pangunahing gumagamit ng high-temperature self-propagating synthesis (SHS), isang prosesong nangangailangan ng masusing kontrol:

• Mga hilaw na materyales: 99.999% purong carbon/silicon powder na may sukat ng particle na 10–100 μm.
• Kadalisayan ng tunawan: Ang mga bahagi ng grapayt ay sumasailalim sa paglilinis sa mataas na temperatura upang mabawasan ang pagkalat ng dumi ng metal.
• Kontrol sa atmospera: Pinipigilan ng 6N-purity argon (na may mga in-line purifier) ​​ang pagsasama ng nitrogen; maaaring magdagdag ng mga bakas ng HCl/H₂ gas upang pasiglahin ang mga boron compound at bawasan ang nitrogen, bagaman ang konsentrasyon ng H₂ ay nangangailangan ng pag-optimize upang maiwasan ang graphite corrosion.
• Mga pamantayan ng kagamitan: Ang mga synthesis furnace ay dapat makamit ang <10⁻⁴ Pa base vacuum, na may mahigpit na mga protocol sa pagsusuri ng tagas.

2. Mga Hamon sa Paglago ng Kristal
Ang HPSI SiC growth ay may katulad na mga kinakailangan sa kadalisayan:

• Feedstock: 6N+-kadalisayan na SiC powder na may B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O sa ibaba ng mga limitasyon ng threshold, at kaunting alkali metals (Na/K).
• Mga sistema ng gas: Pinahuhusay ng 6N na pinaghalong argon/hydrogen ang resistivity.
• Kagamitan: Tinitiyak ng mga molecular pump ang napakataas na vacuum (<10⁻⁶ Pa); kritikal ang crucible pre-treatment at nitrogen purging.

2.1 Mga Inobasyon sa Pagproseso ng Substrate
Kung ikukumpara sa silicon, ang matagal na siklo ng paglaki ng SiC at ang likas na stress (na nagiging sanhi ng pagbibitak/pagputol ng gilid) ay nangangailangan ng mas masusing pagproseso:

• Paghiwa gamit ang laser: Pinapataas ang ani mula 30 wafer (350 μm, wire saw) hanggang >50 wafer bawat 20-mm boule, na may potensyal para sa 200-μm na pagnipis. Ang oras ng pagproseso ay bumababa mula 10–15 araw (wire saw) hanggang <20 min/wafer para sa 8-pulgadang kristal.

3. Mga Kolaborasyon sa Industriya

Pinangunahan ng pangkat ng Meta sa Orion ang pag-aampon ng optical-grade SiC waveguide, na nag-udyok sa mga pamumuhunan sa R&D. Kabilang sa mga pangunahing pakikipagsosyo ang:

• TankeBlue at MUDI Micro: Magkasanib na pag-unlad ng mga AR diffractive waveguide lens.
• Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL, at Kunyou Optoelectronics: Madiskarteng alyansa para sa integrasyon ng supply chain ng AI/AR.

Tinatantya ng mga pagtataya sa merkado na aabot sa 500,000 SiC-based AR units taun-taon pagsapit ng 2027, na kumokonsumo ng 250,000 6-pulgada (o 125,000 8-pulgada) na substrates. Binibigyang-diin ng trajectory na ito ang transformative role ng SiC sa susunod na henerasyon ng AR optics.

Ang XKH ay dalubhasa sa pagsusuplay ng mga de-kalidad na 4H-semi-insulating (4H-SEMI) SiC substrates na may mga napapasadyang diyametro mula 2-pulgada hanggang 8-pulgada, na iniayon upang matugunan ang mga partikular na kinakailangan sa aplikasyon sa RF, power electronics, at AR/VR optics. Kabilang sa aming mga kalakasan ang maaasahang supply ng volume, katumpakan ng pagpapasadya (kapal, oryentasyon, surface finish), at kumpletong in-house processing mula sa paglaki ng kristal hanggang sa pagpapakintab. Bukod sa 4H-SEMI, nag-aalok din kami ng 4H-N-type, 4H/6H-P-type, at 3C-SiC substrates, na sumusuporta sa magkakaibang semiconductor at optoelectronic na mga inobasyon.