Met de snelle ontwikkeling van augmented reality (AR)-technologie maken slimme brillen, als belangrijke drager van AR-technologie, geleidelijk de overstap van concept naar realiteit. De brede acceptatie van slimme brillen kent echter nog steeds veel technische uitdagingen, met name op het gebied van displaytechnologie, gewicht, warmteafvoer en optische prestaties. De afgelopen jaren is siliciumcarbide (SiC), als opkomend materiaal, op grote schaal toegepast in diverse vermogenshalfgeleiders en -modules. Het vindt nu zijn weg naar de AR-brillenmarkt als een belangrijk materiaal. De hoge brekingsindex, uitstekende warmteafvoer en hoge hardheid van siliciumcarbide, naast andere eigenschappen, tonen een aanzienlijk potentieel voor toepassing in de displaytechnologie, het lichtgewicht ontwerp en de warmteafvoer van AR-brillen. Wij kunnen...SiC-wafer, die een cruciale rol speelt bij de verbetering van deze gebieden. Hieronder onderzoeken we hoe siliciumcarbide revolutionaire veranderingen kan teweegbrengen in slimme brillen, vanuit de eigenschappen, technologische doorbraken, markttoepassingen en toekomstperspectieven.
Eigenschappen en voordelen van siliciumcarbide
Siliciumcarbide is een halfgeleidermateriaal met een brede bandgap en uitstekende eigenschappen zoals een hoge hardheid, hoge thermische geleidbaarheid en een hoge brekingsindex. Deze eigenschappen bieden een breed potentieel voor gebruik in elektronische en optische apparaten en warmtebeheer. Specifiek op het gebied van slimme brillen komen de voordelen van siliciumcarbide vooral tot uiting in de volgende aspecten:
Hoge brekingsindex: Siliciumcarbide heeft een brekingsindex van meer dan 2,6, veel hoger dan traditionele materialen zoals kunsthars (1,51-1,74) en glas (1,5-1,9). Een hoge brekingsindex betekent dat siliciumcarbide de lichtvoortplanting effectiever kan beperken, waardoor het verlies van lichtenergie wordt verminderd en de helderheid en het gezichtsveld (FOV) van het scherm worden verbeterd. De Orion AR-bril van Meta maakt bijvoorbeeld gebruik van siliciumcarbide-golfgeleidertechnologie, waarmee een gezichtsveld van 70 graden wordt bereikt, wat de 40 graden van traditionele glasmaterialen ruimschoots overtreft.
Uitstekende warmteafvoer: Siliciumcarbide heeft een thermische geleidbaarheid die honderden keren hoger is dan die van gewoon glas, wat snelle warmtegeleiding mogelijk maakt. Warmteafvoer is een belangrijk aspect van AR-brillen, vooral bij displays met hoge helderheid en langdurig gebruik. Siliciumcarbide lenzen kunnen de warmte die door optische componenten wordt gegenereerd snel afvoeren, wat de stabiliteit en levensduur van het apparaat verbetert. Wij kunnen SiC-wafers leveren die effectief thermisch beheer in dergelijke toepassingen garanderen.
Hoge hardheid en slijtvastheid: Siliciumcarbide is een van de hardste materialen die we kennen, na diamant. Dit maakt siliciumcarbide lenzen slijtvaster en geschikt voor dagelijks gebruik. Glas en hars daarentegen zijn gevoeliger voor krassen, wat de gebruikerservaring beïnvloedt.
Anti-regenboogeffect: Traditionele glasmaterialen in AR-brillen hebben de neiging een regenboogeffect te creëren, waarbij omgevingslicht reflecteert op het oppervlak van de golfgeleider, waardoor dynamische lichtpatronen ontstaan. Siliciumcarbide kan dit probleem effectief verhelpen door de roosterstructuur te optimaliseren, waardoor de weergavekwaliteit verbetert en het regenboogeffect, veroorzaakt door reflecties van omgevingslicht op het oppervlak van de golfgeleider, wordt geëlimineerd.
Technologische doorbraken van siliciumcarbide in AR-brillen
De technologische doorbraken van siliciumcarbide in AR-brillen hebben zich de afgelopen jaren vooral gericht op de ontwikkeling van diffractiegolfgeleiderlenzen. Een diffractiegolfgeleider is een displaytechnologie die het diffractieverschijnsel van licht combineert met golfgeleiderstructuren om beelden gegenereerd door optische componenten door het rooster in de lens te verspreiden. Dit vermindert de dikte van de lens, waardoor AR-brillen meer op een gewone bril lijken.
In oktober 2024 introduceerde Meta (voorheen Facebook) het gebruik van geëtste siliciumcarbide-golfgeleiders in combinatie met microLED's in zijn Orion AR-bril, waarmee belangrijke knelpunten op het gebied van gezichtsveld, gewicht en optische artefacten werden opgelost. Pascual Rivera, optisch wetenschapper bij Meta, stelde dat de siliciumcarbide-golfgeleidertechnologie de weergavekwaliteit van AR-brillen volledig transformeerde en de ervaring veranderde van "discobalachtige regenbooglichtvlekken" naar een "concertzaalachtige serene ervaring".
In december 2024 ontwikkelde XINKEHUI met succes 's werelds eerste 12-inch hoogzuivere semi-isolerende siliciumcarbide monokristallijn substraat, wat een belangrijke doorbraak betekende op het gebied van grootschalige substraten. Deze technologie zal de toepassing van siliciumcarbide in nieuwe toepassingen, zoals AR-glas en koellichamen, versnellen. Een 12-inch siliciumcarbide wafer kan bijvoorbeeld 8-9 paar AR-brillenzen produceren, wat de productie-efficiëntie aanzienlijk verbetert. Wij kunnen SiC-wafers leveren ter ondersteuning van dergelijke toepassingen in de AR-brillenindustrie.
Onlangs is XINKEHUI, leverancier van siliciumcarbidesubstraten, een samenwerking aangegaan met MOD MICRO-NANO, een micro-nano-opto-elektronische apparatenfabrikant, om een joint venture op te richten die zich richt op de ontwikkeling en marktpromotie van AR-diffractiegolfgeleiderlenstechnologie. XINKEHUI, met zijn technische expertise op het gebied van siliciumcarbidesubstraten, zal hoogwaardige substraten leveren aan MOD MICRO-NANO, dat zijn voordelen in micro-nano-optische technologie en AR-golfgeleiderverwerking zal benutten om de prestaties van diffractiegolfgeleiders verder te optimaliseren. Deze samenwerking zal naar verwachting technologische doorbraken in AR-brillen versnellen en de industrie stimuleren om te kiezen voor betere prestaties en lichtere ontwerpen.
Op de SPIE AR|VR|MR-tentoonstelling van 2025 presenteerde MOD MICRO-NANO zijn tweede generatie siliciumcarbide AR-brillenzen. Deze lenzen wegen slechts 2,7 gram en zijn slechts 0,55 millimeter dik. Ze zijn lichter dan gewone zonnebrillen en bieden gebruikers een bijna onmerkbare draagervaring. Het ontwerp is echt "lichtgewicht".
Toepassingsgevallen van siliciumcarbide in AR-brillen
Tijdens het productieproces van siliciumcarbide golfgeleiders overwon Meta's team de uitdagingen van schuine etstechnologie. Onderzoeksmanager Nihar Mohanty legde uit dat schuine etstechnologie een onconventionele roostertechnologie is die lijnen onder een schuine hoek etst om de efficiëntie van lichtkoppeling en -ontkoppeling te optimaliseren. Deze doorbraak legde de basis voor de massale toepassing van siliciumcarbide in AR-glas.
De Orion AR-bril van Meta is een representatieve toepassing van siliciumcarbidetechnologie in AR. Door gebruik te maken van siliciumcarbide-golfgeleidertechnologie bereikt Orion een gezichtsveld van 70 graden en pakt het effectief problemen zoals ghosting en het regenboogeffect aan.
Giuseppe Carafiore, leider in AR-golfgeleidertechnologie bij Meta, merkte op dat de hoge brekingsindex en thermische geleidbaarheid van siliciumcarbide het een ideaal materiaal maken voor AR-brillen. Na de materiaalkeuze was de volgende uitdaging de ontwikkeling van de golfgeleider, met name het schuine etsproces voor het rooster. Carafiore legde uit dat het rooster, dat verantwoordelijk is voor het koppelen van licht in en uit de lens, schuin geëtst moet worden. De geëtste lijnen zijn niet verticaal gerangschikt, maar onder een schuine hoek. Nihar Mohanty voegde eraan toe dat zij wereldwijd het eerste team waren dat schuin etsen rechtstreeks op apparaten wist te realiseren. In 2019 bouwden Nihar Mohanty en zijn team een speciale productielijn. Daarvoor was er geen apparatuur beschikbaar om siliciumcarbide golfgeleiders te etsen, noch was de technologie buiten het laboratorium haalbaar.
Uitdagingen en toekomstige vooruitzichten van siliciumcarbide
Hoewel siliciumcarbide een groot potentieel heeft in AR-glas, kent de toepassing ervan nog steeds verschillende uitdagingen. Momenteel is siliciumcarbide duur vanwege de trage groei en de moeilijke verwerking. Een enkele lens van siliciumcarbide voor Meta's Orion AR-glas kost bijvoorbeeld al snel $ 1.000, waardoor het moeilijk is om aan de behoeften van de consumentenmarkt te voldoen. Door de snelle ontwikkeling van de elektrische-auto-industrie dalen de kosten van siliciumcarbide echter geleidelijk. Bovendien zal de ontwikkeling van grote substraten (zoals 12-inch wafers) de kosten verder verlagen en de efficiëntie verbeteren.
De hoge hardheid van siliciumcarbide maakt het ook lastig te verwerken, met name bij de productie van micro-nanostructuren, wat leidt tot lage opbrengsten. In de toekomst zal dit probleem naar verwachting worden opgelost door nauwere samenwerking tussen leveranciers van siliciumcarbidesubstraten en fabrikanten van micro-nano-optische materialen. De toepassing van siliciumcarbide in AR-brillen bevindt zich nog in een vroeg stadium, waardoor meer bedrijven moeten investeren in onderzoek en apparatuurontwikkeling voor siliciumcarbide van optische kwaliteit. Het team van Meta verwacht dat andere fabrikanten hun eigen apparatuur zullen gaan ontwikkelen, aangezien hoe meer bedrijven investeren in onderzoek en apparatuur voor siliciumcarbide van optische kwaliteit, hoe sterker het ecosysteem van de AR-brillenindustrie voor consumenten zal worden.
Conclusie
Siliciumcarbide, met zijn hoge brekingsindex, uitstekende warmteafvoer en hoge hardheid, ontwikkelt zich tot een belangrijk materiaal in de AR-industrie. Van de samenwerking tussen XINKEHUI en MOD MICRO-NANO tot de succesvolle toepassing van siliciumcarbide in Meta's Orion AR-bril, is het potentieel van siliciumcarbide in slimme brillen volledig aangetoond. Ondanks uitdagingen zoals kosten en technische obstakels, wordt verwacht dat siliciumcarbide, naarmate de industrieketen zich verder ontwikkelt en de technologie zich verder ontwikkelt, zal schitteren in de AR-industrie en slimme brillen naar hogere prestaties, een lager gewicht en een bredere toepassing zal leiden. In de toekomst zou siliciumcarbide het belangrijkste materiaal in de AR-industrie kunnen worden en een nieuw tijdperk van slimme brillen inluiden.
Het potentieel van siliciumcarbide beperkt zich niet alleen tot AR-brillen; ook de sectoroverschrijdende toepassingen ervan in de elektronica en fotonica bieden enorme mogelijkheden. Zo wordt de toepassing van siliciumcarbide in quantum computing en elektronische apparaten met hoog vermogen actief onderzocht. Naarmate de technologie vordert en de kosten dalen, zal siliciumcarbide naar verwachting een cruciale rol spelen in meer sectoren en de ontwikkeling van aanverwante industrieën versnellen. Wij kunnen SiC-wafers leveren voor diverse toepassingen en zo de vooruitgang in zowel AR-technologie als daarbuiten ondersteunen.
Gerelateerd product
8 inch 200 mm 4H-N SiC-wafer geleidende dummy van onderzoekskwaliteit
Plaatsingstijd: 1 april 2025