Tekoälyvallankumouksen taustalla AR-lasit ovat vähitellen valtaamassa yleisön tietoisuutta. Virtuaali- ja reaalimaailmat saumattomasti yhdistävänä paradigmana AR-lasit eroavat VR-laitteista siten, että ne mahdollistavat sekä digitaalisesti projisoitujen kuvien että ympäröivän valon samanaikaisesti havaitsemisen. Tämän kaksoistoiminnallisuuden – mikronäyttökuvien projisoinnin silmiin säilyttäen samalla ulkoisen valonläpäisyn – saavuttamiseksi optisen luokan piikarbidipohjaisissa (SiC) AR-laseissa käytetään aaltojohdearkkitehtuuria. Tämä rakenne hyödyntää täydellistä sisäistä heijastusta kuvien välittämiseen, analogisesti optisen kuidun lähetyksen kanssa, kuten kaaviossa on esitetty.
Tyypillisesti yhdestä 6 tuuman (15 cm) paksuisesta, erittäin puhtaasta puolieristävästä alustasta voidaan valmistaa kaksi paria laseja, kun taas 8 tuuman (20 cm) paksuiseen alustaan mahtuu 3–4 paria. Piikarbidimateriaalien käyttöönotolla on kolme kriittistä etua:
- Poikkeuksellinen taitekerroin (2,7): Mahdollistaa yli 80°:n täyden värillisen näkökentän (FOV) yhdellä linssikerroksella, mikä poistaa perinteisissä AR-malleissa yleisiä sateenkaaren aiheuttamia artefakteja.
- Integroitu kolmivärinen (RGB) aaltojohdin: Korvaa monikerroksiset aaltojohdinpinot, mikä pienentää laitteen kokoa ja painoa.
- Erinomainen lämmönjohtavuus (490 W/m·K): Lieventää lämmön kertymisen aiheuttamaa optista heikkenemistä.
Nämä edut ovat johtaneet vahvaan piikarbidipohjaisten AR-lasien markkinakysyntään. Käytetty optisen laadun piikarbidi koostuu tyypillisesti erittäin puhtaista puolieristevistä (HPSI) kiteistä, joiden tiukat valmistusvaatimukset myötävaikuttavat nykyisiin korkeisiin kustannuksiin. Siksi HPSI-piikarbidialustojen kehittäminen on keskeisen tärkeää.
1. Puolieristävän piikarbidijauheen synteesi
Teollisen mittakaavan tuotannossa käytetään pääasiassa korkean lämpötilan itseään lisäävää synteesiä (SHS), joka vaatii tarkkaa valvontaa:
- Raaka-aineet: 99,999 % puhdasta hiili/piijauhetta, jonka hiukkaskoko on 10–100 μm.
- Upokkaan puhtaus: Grafiittikomponentit puhdistetaan korkeassa lämpötilassa metallisten epäpuhtauksien diffuusion minimoimiseksi.
- Ilmakehän hallinta: 6N-puhtausasteeltaan oleva argon (linjaan integroiduilla puhdistimilla) estää typen kertymisen; booriyhdisteiden haihduttamiseksi ja typen vähentämiseksi voidaan lisätä pieniä määriä HCl/H₂-kaasuja, vaikka H₂-pitoisuus on optimoitava grafiittikorroosion estämiseksi.
- Laitteistostandardit: Synteesiuunien on saavutettava alle 10⁻⁴ Pa:n perusalipaine ja noudatettava tiukkoja vuotojen tarkastusprotokollia.
2. Kiteenkasvatushaasteet
HPSI-piikarbidin kasvulla on samanlaiset puhtausvaatimukset:
- Raaka-aine: 6N+-puhtausasteella varustettu piikarbidijauhe, jonka B/Al/N-pitoisuus on <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O-pitoisuus alle kynnysarvojen ja alkalimetalleja (Na/K) on vain vähän.
- Kaasujärjestelmät: 6N argon/vety-seokset parantavat resistiivisyyttä.
- Laitteet: Molekyylipumput varmistavat erittäin korkean tyhjiön (<10⁻⁶ Pa); upokkaan esikäsittely ja typpipuhdistus ovat kriittisiä.
Substraattien käsittelyn innovaatiot
Piihin verrattuna piikarbidin pitkät kasvusyklit ja luontainen jännitys (joka aiheuttaa halkeilua/reunan lohkeilua) edellyttävät edistynyttä prosessointia:
- Laserleikkaus: Lisää saantoa 30 kiekosta (350 μm, lankasaha) yli 50 kiekkoon 20 mm:n kiekkoa kohden, ja 200 μm:n ohennuspotentiaali. Käsittelyaika lyhenee 10–15 päivästä (lankasaha) alle 20 minuuttiin kiekkoa kohden 8 tuuman kiteille.
3. Yhteistyö toimialojen kanssa
Metan Orion-tiimi on ollut edelläkävijä optisen luokan piikarbidi-aaltojohtimien käyttöönotossa, mikä on vauhdittanut tutkimus- ja kehitysinvestointeja. Keskeisiä kumppanuuksia ovat:
- TankeBlue ja MUDI Micro: AR-diffraktiivisten aaltojohtolinssien yhteistyökehitys.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL ja Kunyou Optoelectronics: Strateginen liitto tekoälyn ja lisätyn todellisuuden toimitusketjujen integroimiseksi.
Markkinaennusteiden mukaan vuoteen 2027 mennessä vuosittain valmistetaan 500 000 piikarbidipohjaista AR-yksikköä, jotka kuluttavat 250 000 6 tuuman (tai 125 000 8 tuuman) substraattia. Tämä kehitys korostaa piikarbidin mullistavaa roolia seuraavan sukupolven AR-optiikassa.
XKH on erikoistunut toimittamaan korkealaatuisia 4H-puolieristäviä (4H-SEMI) piikarbidialustoja, joiden muokattavissa olevat halkaisijat vaihtelevat 2 tuumasta 8 tuumaan ja jotka on räätälöity vastaamaan RF-, tehoelektroniikan ja AR/VR-optiikan erityisiä sovellusvaatimuksia. Vahvuuksiamme ovat luotettava tilavuussyöttö, tarkka räätälöinti (paksuus, suunta, pinnan viimeistely) ja täydellinen oma prosessointi kiteenkasvatuksesta kiillotukseen. 4H-SEMI:n lisäksi tarjoamme myös 4H-N-tyyppisiä, 4H/6H-P-tyyppisiä ja 3C-piikarbidialustoja, jotka tukevat erilaisia puolijohde- ja optoelektroniikan innovaatioita.
Julkaisun aika: 08.08.2025