Kaca AR Pandu Gelombang Silikon Karbida Kelas Optik: Pembuatan Substrat Semi-Isolasi Kemurnian Tinggi

Di tengah revolusi AI, kacamata AR secara bertahap mulai dikenal 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 mengirimkan gambar, analog dengan transmisi serat optik, seperti yang diilustrasikan dalam diagram skematik.

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

1. Indeks bias luar biasa (2,7): Memungkinkan bidang pandang (FOV) warna penuh >80° dengan lapisan lensa tunggal, menghilangkan artefak pelangi yang umum terjadi pada desain AR konvensional.
2. Waveguide tiga warna (RGB) terintegrasi: Menggantikan susunan waveguide multi-lapisan, mengurangi ukuran dan berat perangkat.
3. Konduktivitas termal yang unggul (490 W/m·K): Meredakan degradasi optik yang disebabkan oleh akumulasi panas.

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

1. Sintesis Serbuk SiC Semi-Isolasi
Produksi skala industri sebagian besar menggunakan sintesis perambatan sendiri suhu tinggi (SHS), suatu proses yang membutuhkan kontrol yang cermat:

• Bahan baku: Serbuk karbon/silikon dengan kemurnian 99,999% dan ukuran partikel 10–100 μm.
• Kemurnian wadah peleburan: Komponen grafit menjalani pemurnian suhu tinggi untuk meminimalkan difusi pengotor logam.
• Pengendalian atmosfer: Argon dengan kemurnian 6N (dengan pemurni in-line) menekan penggabungan nitrogen; gas HCl/H₂ dalam jumlah kecil dapat dimasukkan untuk menguapkan senyawa boron dan mengurangi nitrogen, meskipun konsentrasi H₂ perlu dioptimalkan 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 SiC HPSI memiliki persyaratan kemurnian yang serupa:

• Bahan baku: Serbuk 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 ultra tinggi (<10⁻⁶ Pa); pra-perlakuan krusibel dan pembersihan nitrogen sangat penting.

2.1 Inovasi Pengolahan Substrat
Dibandingkan dengan silikon, siklus pertumbuhan SiC yang lebih panjang dan tekanan inheren (yang menyebabkan retak/pecah di bagian tepi) memerlukan pemrosesan tingkat lanjut:

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

3. Kolaborasi Industri

Tim Orion Meta telah mempelopori adopsi pandu gelombang SiC kelas optik, yang mendorong investasi R&D. Kemitraan utama meliputi:

• TankeBlue & MUDI Micro: Pengembangan bersama lensa pandu 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 setiap tahunnya pada tahun 2027, yang akan mengkonsumsi 250.000 substrat berukuran 6 inci (atau 125.000 substrat berukuran 8 inci). Tren ini menggarisbawahi peran transformatif SiC dalam optik AR generasi berikutnya.

XKH mengkhususkan diri dalam memasok substrat SiC 4H-semi-isolasi (4H-SEMI) berkualitas tinggi dengan diameter yang dapat disesuaikan mulai dari 2 inci hingga 8 inci, yang dirancang untuk memenuhi persyaratan 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 lengkap di dalam perusahaan mulai dari pertumbuhan kristal hingga pemolesan. Selain 4H-SEMI, kami juga menawarkan substrat 4H-N-type, 4H/6H-P-type, dan 3C-SiC, yang mendukung beragam inovasi semikonduktor dan optoelektronik.