Kacamata AR Pemandu Gelombang Silikon Karbida Kelas Optik: Persiapan Substrat Semi-Isolasi Kemurnian Tinggi

Dengan latar belakang revolusi AI, kacamata AR secara bertahap memasuki kesadaran publik. Sebagai paradigma yang memadukan dunia virtual dan nyata secara mulus, kacamata AR berbeda dari perangkat VR karena memungkinkan pengguna untuk melihat gambar yang diproyeksikan secara digital dan cahaya lingkungan sekitar secara bersamaan. Untuk mencapai fungsi ganda ini—memproyeksikan gambar mikrodisplay ke mata sambil mempertahankan transmisi cahaya eksternal—kacamata AR berbasis silikon karbida (SiC) kelas optik menggunakan arsitektur pandu gelombang (pandu cahaya). Desain ini memanfaatkan refleksi internal total untuk mentransmisikan gambar, analog dengan transmisi serat optik, seperti yang diilustrasikan dalam diagram skematik.

Umumnya, satu substrat semi-isolasi kemurnian tinggi berukuran 6 inci dapat menghasilkan 2 pasang kaca, sementara substrat berukuran 8 inci dapat menampung 3-4 pasang. Penggunaan material SiC memberikan tiga keuntungan penting:

1. Indeks bias luar biasa (2,7): Memungkinkan bidang pandang (FOV) penuh warna >80° dengan satu lapisan lensa, menghilangkan artefak pelangi yang umum dalam desain AR konvensional.
2. Pemandu gelombang tiga warna (RGB) terintegrasi: Menggantikan tumpukan pemandu gelombang multi-lapis, mengurangi ukuran dan berat perangkat.
3. Konduktivitas termal yang unggul (490 W/m·K): Mengurangi degradasi optik yang disebabkan oleh akumulasi panas.

Keunggulan ini telah mendorong permintaan pasar yang kuat untuk kacamata AR berbasis SiC. SiC kelas optik yang digunakan biasanya terdiri dari kristal semi-isolasi (HPSI) dengan kemurnian tinggi, yang persyaratan persiapannya yang ketat berkontribusi pada tingginya biaya saat ini. Oleh karena itu, pengembangan substrat SiC HPSI menjadi sangat penting.

1. Sintesis Bubuk SiC Semi-Isolasi
Produksi skala industri sebagian besar memanfaatkan sintesis perambatan sendiri (SHS) suhu tinggi, sebuah proses yang menuntut kontrol yang cermat:

• Bahan baku: bubuk karbon/silikon murni 99,999% dengan ukuran partikel 10–100 μm.
• Kemurnian wadah peleburan: Komponen grafit menjalani pemurnian suhu tinggi untuk meminimalkan difusi pengotor logam.
• Kontrol atmosfer: argon dengan kemurnian 6N (dengan pemurni internal) menekan penggabungan nitrogen; gas HCl/H₂ jejak dapat dimasukkan untuk menguapkan senyawa boron dan mengurangi nitrogen, meskipun konsentrasi H₂ memerlukan pengoptimalan untuk mencegah korosi grafit.
• Standar peralatan: Tungku sintesis harus mencapai vakum dasar <10⁻⁴ Pa, dengan protokol pemeriksaan kebocoran yang ketat.

2. Tantangan Pertumbuhan Kristal
Pertumbuhan HPSI SiC memiliki persyaratan kemurnian yang serupa:

• Bahan baku: bubuk SiC dengan kemurnian 6N+ dengan B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O di bawah batas ambang, dan logam alkali minimal (Na/K).
• Sistem gas: Campuran argon/hidrogen 6N meningkatkan resistivitas.
• Peralatan: Pompa molekuler memastikan vakum sangat tinggi (<10⁻⁶ Pa); pra-perlakuan wadah peleburan dan pembersihan nitrogen sangat penting.

Inovasi Pemrosesan Substrat
Dibandingkan dengan silikon, siklus pertumbuhan SiC yang panjang dan tekanan bawaan (menyebabkan retak/terkelupasnya tepi) memerlukan pemrosesan tingkat lanjut:

• Pengirisan laser: Meningkatkan hasil dari 30 wafer (350 μm, gergaji kawat) menjadi >50 wafer per boule 20 mm, dengan potensi penipisan 200 μm. Waktu pemrosesan berkurang dari 10–15 hari (gergaji kawat) menjadi <20 menit/wafer untuk kristal 8 inci.

3. Kolaborasi Industri

Tim Orion Meta telah memelopori adopsi pandu gelombang SiC kelas optik, yang mendorong investasi litbang. Kemitraan utama meliputi:

• TankeBlue & MUDI Micro: Pengembangan bersama lensa pemandu gelombang difraksi AR.
• Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL, & Kunyou Optoelectronics: Aliansi strategis untuk integrasi rantai pasokan AI/AR.

Proyeksi pasar memperkirakan 500.000 unit AR berbasis SiC per tahun pada tahun 2027, yang akan menggunakan 250.000 substrat 6 inci (atau 125.000 substrat 8 inci). Perkembangan ini menggarisbawahi peran transformatif SiC dalam optik AR generasi mendatang.

XKH berspesialisasi dalam penyediaan substrat SiC 4H-semi-isolasi (4H-SEMI) berkualitas tinggi dengan diameter yang dapat disesuaikan mulai dari 2 inci hingga 8 inci, dirancang untuk memenuhi kebutuhan aplikasi spesifik di bidang RF, elektronika daya, dan optik AR/VR. Keunggulan kami meliputi pasokan volume yang andal, kustomisasi presisi (ketebalan, orientasi, penyelesaian permukaan), dan pemrosesan internal penuh mulai dari pertumbuhan kristal hingga pemolesan. Selain 4H-SEMI, kami juga menawarkan substrat tipe 4H-N, tipe 4H/6H-P, dan 3C-SiC, yang mendukung beragam inovasi semikonduktor dan optoelektronik.