Tegen de achtergrond van de AI-revolutie winnen AR-brillen geleidelijk aan terrein bij het grote publiek. Als een paradigma dat de virtuele en de reële wereld naadloos combineert, onderscheiden AR-brillen zich van VR-apparaten doordat gebruikers tegelijkertijd digitaal geprojecteerde beelden en omgevingslicht kunnen waarnemen. Om deze dubbele functionaliteit te bereiken – het projecteren van beelden op een microdisplay in de ogen met behoud van externe lichttransmissie – maken AR-brillen op basis van optisch siliciumcarbide (SiC) gebruik van een golfgeleiderarchitectuur (lichtgeleider). Dit ontwerp maakt gebruik van totale interne reflectie om beelden te verzenden, analoog aan optische vezeltransmissie, zoals weergegeven in het schema.
Een standaard substraat van 6 inch met een hoge zuiverheid en semi-isolatie kan doorgaans twee paar glazen opleveren, terwijl een substraat van 8 inch plaats biedt aan drie tot vier paar. Het gebruik van SiC-materialen biedt drie belangrijke voordelen:
- Uitzonderlijk hoge brekingsindex (2,7): Maakt een volledig kleurenspectrum van >80° mogelijk met één enkele lenslaag, waardoor regenboogeffecten die vaak voorkomen bij conventionele AR-ontwerpen worden geëlimineerd.
- Geïntegreerde driekleurige (RGB) golfgeleider: Vervangt meerlaagse golfgeleiderstructuren, waardoor de afmetingen en het gewicht van het apparaat worden verminderd.
- Uitstekende thermische geleidbaarheid (490 W/m·K): Vermindert optische degradatie als gevolg van warmteophoping.
Deze voordelen hebben geleid tot een sterke marktvraag naar antireflectieglazen op basis van SiC. Het gebruikte optische SiC bestaat doorgaans uit hoogzuivere halfgeleidende (HPSI) kristallen, waarvan de strenge bereidingseisen bijdragen aan de huidige hoge kosten. De ontwikkeling van HPSI SiC-substraten is daarom van cruciaal belang.
1. Synthese van halfgeleidend SiC-poeder
Bij de industriële productie wordt voornamelijk gebruikgemaakt van zelfverspreidende synthese bij hoge temperaturen (SHS), een proces dat nauwgezette controle vereist:
- Grondstoffen: 99,999% zuivere koolstof-/siliciumpoeders met een deeltjesgrootte van 10–100 μm.
- Zuiverheid van de smeltkroes: Grafietcomponenten ondergaan een zuiveringsproces bij hoge temperatuur om de diffusie van metaalverontreinigingen te minimaliseren.
- Atmosfeerbeheersing: 6N-zuiver argon (met inline-zuiveraars) onderdrukt de inbouw van stikstof; sporen HCl/H₂-gassen kunnen worden ingebracht om boorverbindingen te vervluchtigen en stikstof te verminderen, hoewel de H₂-concentratie geoptimaliseerd moet worden om corrosie van grafiet te voorkomen.
- Apparatuurnormen: Syntheseovens moeten een basisvacuüm van <10⁻⁴ Pa bereiken, met strenge lekcontroleprotocollen.
2. Uitdagingen bij kristalgroei
HPSI SiC-groei kent 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 alkalimetalen (Na/K).
- Gassystemen: 6N argon/waterstofmengsels verhogen de soortelijke weerstand.
- Apparatuur: Moleculaire pompen zorgen voor een ultrahoog vacuüm (<10⁻⁶ Pa); voorbehandeling van de smeltkroes en spoeling met stikstof zijn essentieel.
2.1 Innovaties in substraatverwerking
Vergeleken met silicium vereisen de langere groeicyclus en de inherente spanning van SiC (die scheuren en afbrokkeling aan de randen veroorzaakt) geavanceerde verwerkingstechnieken:
- Lasersnijden: Verhoogt de opbrengst van 30 wafers (350 μm, draadzaag) tot >50 wafers per boule van 20 mm, met de mogelijkheid tot verdunning tot 200 μm. De verwerkingstijd daalt van 10-15 dagen (draadzaag) tot <20 min/wafer voor kristallen van 8 inch.
3. Samenwerkingen binnen de industrie
Het Orion-team van Meta heeft een voortrekkersrol gespeeld in de toepassing van optische SiC-golfgeleiders, wat investeringen in onderzoek en ontwikkeling heeft gestimuleerd. Belangrijke samenwerkingsverbanden zijn onder meer:
- TankeBlue & MUDI Micro: Gezamenlijke ontwikkeling van AR-diffractieve golfgeleiderlenzen.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL en Kunyou Optoelectronics: Strategische alliantie voor de integratie van de toeleveringsketen voor AI en AR.
Marktprognoses schatten de productie van antireflectiecoatings op basis van SiC in 2027 op 500.000 per jaar, waarvoor 250.000 substraten van 6 inch (of 125.000 van 8 inch) nodig zijn. Deze ontwikkeling onderstreept de transformerende rol van SiC in de volgende generatie antireflectieoptiek.
XKH is gespecialiseerd in het leveren 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-optiek. Onze sterke punten zijn betrouwbare volumelevering, nauwkeurige aanpassing (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 aan, ter ondersteuning van diverse innovaties in de halfgeleider- en opto-elektronica.
Geplaatst op: 8 augustus 2025