Tegen de achtergrond van de AI-revolutie dringen AR-brillen geleidelijk door tot het publieke bewustzijn. Als paradigma dat virtuele en echte werelden naadloos combineert, onderscheiden AR-brillen zich van VR-apparaten doordat gebruikers zowel digitaal geprojecteerde beelden als omgevingslicht tegelijkertijd kunnen waarnemen. Om deze dubbele functionaliteit te bereiken – het projecteren van microdisplaybeelden in de ogen met behoud van externe lichttransmissie – maken AR-brillen op basis van siliciumcarbide (SiC) van optische kwaliteit gebruik van een golfgeleiderarchitectuur (lightguide). Dit ontwerp maakt gebruik van totale interne reflectie om beelden over te brengen, analoog aan transmissie via glasvezel, zoals geïllustreerd in het schema.
Eén 15 cm dik, semi-isolerend substraat met hoge zuiverheidsgraad kan doorgaans twee paar glazen produceren, terwijl een substraat van 20 cm drie tot vier paar glasplaten kan bevatten. De toepassing van SiC-materialen biedt drie belangrijke voordelen:
- Uitzonderlijke brekingsindex (2,7): Maakt een volledig kleurengezichtsveld (FOV) van >80° mogelijk met een enkele lenslaag, waardoor regenboogartefacten die veel voorkomen in conventionele AR-ontwerpen worden geëlimineerd.
- Geïntegreerde driekleurige (RGB) golfgeleider: vervangt meerlaagse golfgeleiderstapels, waardoor het apparaat kleiner en lichter wordt.
- Superieure thermische geleidbaarheid (490 W/m·K): Vermindert optische degradatie als gevolg van warmteaccumulatie.
Deze voordelen hebben geleid tot een sterke marktvraag naar AR-glas op basis van SiC. Het gebruikte optische SiC bestaat doorgaans uit hoogzuivere semi-isolerende (HPSI) kristallen, waarvan de strenge preparatievereisten bijdragen aan de huidige hoge kosten. De ontwikkeling van HPSI SiC-substraten is daarom cruciaal.
1. Synthese van semi-isolerend SiC-poeder
Bij productie op industriële schaal wordt voornamelijk gebruikgemaakt van zelfvoortplantende synthese (SHS) bij hoge temperaturen, een proces dat nauwkeurige controle vereist:
- Grondstoffen: 99,999% zuivere koolstof/siliciumpoeders met deeltjesgroottes van 10–100 μm.
- Zuiverheid van de kroes: Grafietcomponenten ondergaan een zuivering bij hoge temperatuur om de diffusie van metaalverontreinigingen te minimaliseren.
- Controle van de atmosfeer: argon met een zuiverheid van 6N (met in-line zuiveraars) onderdrukt de stikstofopname; sporen HCl/H₂-gassen kunnen worden geïntroduceerd om boorverbindingen te vervluchtigen en de stikstofconcentratie te verminderen, hoewel de H₂-concentratie geoptimaliseerd moet worden om grafietcorrosie te voorkomen.
- Apparatuurnormen: Syntheseovens moeten een basisvacuüm van <10⁻⁴ Pa bereiken en er moeten strenge protocollen voor lekkagecontrole worden gehanteerd.
2. Uitdagingen bij de kristalgroei
HPSI SiC-groei stelt vergelijkbare zuiverheidseisen:
- Grondstof: SiC-poeder met een zuiverheid van 6N+, met B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O onder de drempelwaarden en minimale hoeveelheden alkalimetalen (Na/K).
- Gassystemen: 6N argon/waterstofmengsels verbeteren de soortelijke weerstand.
- Apparatuur: Moleculaire pompen zorgen voor een ultrahoog vacuüm (<10⁻⁶ Pa); voorbehandeling van de kroes en stikstofspoeling zijn van cruciaal belang.
Innovaties in substraatverwerking
Vergeleken met silicium vereisen de langere groeicycli van SiC en de inherente spanning (die scheuren/afbrokkeling van de randen veroorzaakt) een geavanceerde bewerking:
- Lasersnijden: Verhoogt de opbrengst van 30 wafers (350 μm, draadzaag) naar >50 wafers per 20-mm-boule, met potentieel voor 200-μm-verdunning. De verwerkingstijd daalt van 10-15 dagen (draadzaag) naar <20 min/wafer voor kristallen van 20 cm.
3. Samenwerkingen met de industrie
Het Orion-team van Meta heeft een pioniersrol gespeeld in de acceptatie van optische SiC-golfgeleiders, wat heeft geleid tot investeringen in R&D. Belangrijke partnerschappen zijn onder andere:
- TankeBlue & MUDI Micro: gezamenlijke ontwikkeling van AR-diffractieve golfgeleiderlenzen.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL en Kunyou Optoelectronics: strategische alliantie voor AI/AR-toeleveringsketenintegratie.
Marktprognoses schatten dat er in 2027 jaarlijks 500.000 SiC-gebaseerde AR-units nodig zullen zijn, die 250.000 6-inch (of 125.000 8-inch) substraten zullen verbruiken. Deze ontwikkeling onderstreept de transformerende rol van SiC in de volgende generatie AR-optica.
XKH is gespecialiseerd in de levering van hoogwaardige 4H-semi-isolerende (4H-SEMI) SiC-substraten met aanpasbare diameters van 2 tot 8 inch, afgestemd op specifieke toepassingsvereisten in RF, vermogenselektronica en AR/VR-optica. Onze sterke punten omvatten betrouwbare volumelevering, nauwkeurige maatwerkopties (dikte, oriëntatie, oppervlakteafwerking) en volledige interne verwerking, van kristalgroei tot polijsten. Naast 4H-SEMI bieden we ook 4H-N-type, 4H/6H-P-type en 3C-SiC-substraten, ter ondersteuning van diverse halfgeleider- en opto-elektronische innovaties.
Plaatsingstijd: 08-08-2025