Sullo sfondo della rivoluzione dell'intelligenza artificiale, gli occhiali AR stanno gradualmente entrando nella coscienza pubblica. In quanto paradigma che fonde perfettamente il mondo virtuale e quello reale, gli occhiali AR si differenziano dai dispositivi VR consentendo agli utenti di percepire simultaneamente sia le immagini proiettate digitalmente sia la luce ambientale. Per ottenere questa duplice funzionalità – proiettare immagini microdisplay negli occhi preservando la trasmissione della luce esterna – gli occhiali AR in carburo di silicio (SiC) di grado ottico impiegano un'architettura a guida d'onda (guida di luce). Questo design sfrutta la riflessione interna totale per trasmettere le immagini, analogamente alla trasmissione in fibra ottica, come illustrato nello schema elettrico.
In genere, un substrato semi-isolante ad alta purezza da 6 pollici può produrre 2 paia di vetri, mentre un substrato da 8 pollici ne può contenere 3-4. L'adozione di materiali SiC conferisce tre vantaggi fondamentali:
- Indice di rifrazione eccezionale (2,7): consente un campo visivo (FOV) a colori completi >80° con un singolo strato di lenti, eliminando gli artefatti arcobaleno comuni nei progetti AR convenzionali.
- Guida d'onda tricolore (RGB) integrata: sostituisce le pile di guide d'onda multistrato, riducendo le dimensioni e il peso del dispositivo.
- Conduttività termica superiore (490 W/m·K): attenua il degrado ottico indotto dall'accumulo di calore.
Questi meriti hanno determinato una forte domanda di mercato per vetri AR basati su SiC. Il SiC di grado ottico utilizzato è tipicamente costituito da cristalli semi-isolanti ad alta purezza (HPSI), i cui rigorosi requisiti di preparazione contribuiscono agli attuali costi elevati. Di conseguenza, lo sviluppo di substrati SiC HPSI è fondamentale.
1. Sintesi di polvere di SiC semi-isolante
La produzione su scala industriale utilizza prevalentemente la sintesi autopropagante ad alta temperatura (SHS), un processo che richiede un controllo meticoloso:
- Materie prime: polveri di carbonio/silicio pure al 99,999% con dimensioni delle particelle di 10–100 μm.
- Purezza del crogiolo: i componenti in grafite vengono sottoposti a purificazione ad alta temperatura per ridurre al minimo la diffusione delle impurità metalliche.
- Controllo dell'atmosfera: l'argon puro 6N (con purificatori in linea) sopprime l'incorporazione di azoto; è possibile introdurre tracce di gas HCl/H₂ per volatilizzare i composti del boro e ridurre l'azoto, sebbene la concentrazione di H₂ richieda un'ottimizzazione per prevenire la corrosione della grafite.
- Standard delle apparecchiature: i forni di sintesi devono raggiungere un vuoto di base <10⁻⁴ Pa, con rigorosi protocolli di controllo delle perdite.
2. Sfide nella crescita dei cristalli
La crescita del SiC HPSI condivide requisiti di purezza simili:
- Materia prima: polvere di SiC di purezza 6N+ con B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O al di sotto dei limiti di soglia e metalli alcalini minimi (Na/K).
- Sistemi a gas: le miscele argon/idrogeno 6N aumentano la resistività.
- Attrezzatura: le pompe molecolari assicurano un vuoto ultra elevato (<10⁻⁶ Pa); il pretrattamento del crogiolo e lo spurgo con azoto sono fondamentali.
Innovazioni nella lavorazione dei substrati
Rispetto al silicio, i cicli di crescita prolungati del SiC e lo stress intrinseco (che causa crepe/scheggiature dei bordi) richiedono una lavorazione avanzata:
- Taglio laser: aumenta la resa da 30 wafer (350 μm, sega a filo) a >50 wafer per bolo da 20 mm, con possibilità di assottigliamento di 200 μm. Il tempo di lavorazione si riduce da 10-15 giorni (sega a filo) a <20 min/wafer per cristalli da 8 pollici.
3. Collaborazioni industriali
Il team Orion di Meta è stato pioniere nell'adozione di guide d'onda in SiC di livello ottico, stimolando investimenti in ricerca e sviluppo. Tra le principali partnership figurano:
- TankeBlue e MUDI Micro: sviluppo congiunto di lenti a guida d'onda diffrattiva AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL e Kunyou Optoelectronics: alleanza strategica per l'integrazione della supply chain AI/AR.
Le proiezioni di mercato stimano 500.000 unità AR basate su SiC all'anno entro il 2027, che consumeranno 250.000 substrati da 6 pollici (o 125.000 da 8 pollici). Questa tendenza sottolinea il ruolo trasformativo del SiC nell'ottica AR di prossima generazione.
XKH è specializzata nella fornitura di substrati SiC 4H-semi-isolanti (4H-SEMI) di alta qualità con diametri personalizzabili da 2 a 8 pollici, progettati su misura per soddisfare requisiti applicativi specifici nei settori RF, elettronica di potenza e ottica AR/VR. I nostri punti di forza includono un'affidabile fornitura in grandi volumi, una personalizzazione di precisione (spessore, orientamento, finitura superficiale) e una lavorazione interna completa, dalla crescita cristallina alla lucidatura. Oltre ai substrati 4H-SEMI, offriamo anche substrati 4H-N, 4H/6H-P e 3C-SiC, a supporto di diverse innovazioni nei settori dei semiconduttori e dell'optoelettronica.
Data di pubblicazione: 08-08-2025