Primjena SiC materijala u AR naočalama

Sažeci:

Kako se naočale proširene stvarnosti (AR) kreću ka višim performansama i minijaturizaciji, potražnja za naprednim materijalima za supstrate nikada nije bila veća. Ovaj članak istražuje ulogu poluizolacijskih silicijum-karbidnih (SiC) supstrata u omogućavanju visokorezolucijskih, termički stabilnih Micro-LED displeja koji se koriste u AR sistemima. Ističe strukturne karakteristike SI-SiC-a, kao što su ultra visoka otpornost, odlična toplotna provodljivost i kompatibilnost sa GaN epitaksijom.

Pozadina industrije AR naočala:

AR naočale su savršen nosač za AI aplikacije, koje mogu kombinovati virtuelnu i stvarnu stvarnost. AR naočale (naočale proširene stvarnosti) su vrsta pametnog nosivog uređaja koji superponira virtuelne informacije na stvarni svijet. Suština leži u savršenoj integraciji virtuelnih informacija i stvarnog svijeta. U 2024. godini, globalna isporuka AR naočala dostigla je 553,000 pari, što je povećanje od 7.8% u odnosu na prethodnu godinu, od čega je Kina isporučila 286,000 pari u 2024. godini. Optički sistem prikaza je srž AR naočala. Optički sistem prikaza sastoji se od optičkog kombinatora i mikro ekrana. Optički sistem prikaza je ključna komponenta svih AR naočala i komponenta sa najvećom vrijednošću, čineći oko 40%+ cijene svih AR naočala.

Rješenje valovoda s površinskom reljefnom rešetkom je budući glavni trend optičkog sistema prikaza AR naočala. Valovod s površinskom reljefnom rešetkom ima relativno kontrolirane troškove proizvodnje, zrele procese i odlične optičke performanse. Iako postoje problemi s disperzijom i duginim uzorkom, podloga se može zamijeniti SiC da ih riješi. Kombinujući tehnički nivo i složenost masovne proizvodnje, talasovod sa površinskom reljefnom rešetkom je najrealnije i najperspektivnije rješenje za masovnu proizvodnju. Sve glavne AR naočale koje će uskoro biti lansirane usvajaju ovo rješenje.

Prednosti performansi silicijum-karbidnih materijala:

Silicijum-karbidni materijali imaju visok indeks prelamanja i visoku toplotnu provodljivost, što ih čini idealnim materijalima za supstrate za AR naočare. Što je veći indeks prelamanja materijala supstrata, to je veće vidno polje (FOV) AR sočiva. Jednoslojni... SiC Sočivo može postići vidno polje (FOV) veće od 80 stepeni, što može pružiti lakšu i tanju veličinu te veći i jasniji vizualni efekat. Visok indeks prelamanja također može efikasno riješiti probleme duginih uzorka i disperzije u strukturi optičkog talasovoda. Visoka toplotna provodljivost efikasno poboljšava kapacitet odvođenja toplote i performanse AR stakala. Istovremeno, visoka tvrdoća i toplotna stabilnost SiC materijala također podržavaju uvođenje procesa nagrizanja, efikasno poboljšavajući proizvodni kapacitet i prinos.

1. Strukturne i performansne karakteristike poluizolacionog SiC supstrata:

Poluizolacijski SiC je silicijum-karbidni materijal sa izuzetno visokom otpornošću (obično > 1×10⁸ Ω·cm), uglavnom baziran na 4H ili 6H kristalnim oblicima. Uvođenjem nečistoća na dubokom energetskom nivou (kao što su vanadijum, hrom itd.) ili kontrolisanjem intrinzičnih defekata, ima gotovo izolaciona električna svojstva.

2. Njegove ključne strukturne i performansne prednosti uključuju:

● Karakteristike visoke otpornosti: efikasno suzbijaju parazitsku struju i curenje, pogodne za okruženja visoke frekvencije i visokog napona.

Odlična toplotna provodljivost: Toplotna provodljivost može doseći 3~4.9 W/cm·K, što je bolje od većine poluprovodničkih materijala i podržava stabilan rad uređaja.

● Visoka jačina probojnog električnog polja: oko 3 MV/cm, što je više od 10 puta više od silicija, poboljšavajući pouzdanost i gustoću integracije energetskih uređaja.

● Dobar integritet kristala i kontrola veličine: pogodno za proizvodnju visokokvalitetnih uređaja s mikro-displejima (kao što su Micro-LED ili VCSEL epitaksijalni supstrati za rast).

Proces optičkog talasovoda SiC+SRG i nagrizanja predstavlja tehničku osnovu za značajan napredak AR naočala. Silicijum-karbidni materijali sa visokim indeksom prelamanja i visokom toplotnom provodljivošću i talasovodi sa reljefnom rešetkom efikasno poboljšavaju vidno polje (FOV) AR naočala, rješavaju postojeće dugine uzorke, disperziju i gubitak svjetlosti, te postižu lagan dizajn i dobru pasivnu disipaciju toplote. Razvoj silicijum-karbidnih podloga, talasovoda sa reljefnom rešetkom i napredak u procesima nagrizanja predstavljaju tehničku osnovu za buduće ubrzanje poboljšanja proizvoda i masovnu isporuku AR naočala na potrošačko tržište.

AR naočale zahtijevaju poluizolacijske silicijum-karbidne podloge, a velike podloge su ključ za smanjenje troškova. Velike podloge mogu značajno smanjiti gubitke rezanja i time smanjiti troškove materijala za sočiva. Samo probijanjem kroz proces masovne proizvodnje 12-inčnih podloga mogu se smanjiti troškovi silicijum-karbidnih podloga, što će AR naočale dovesti na tržište masovne potrošnje.

3. Prednosti poluizolacijskih SiC supstrata u AR-u:

U AR naočarima, poluizolacijski SiC supstrati se uglavnom koriste kao supstrati za epitaksijalni rast mikro-LED dioda ili supstrati za visokofrekventne elektronske uređaje. Njihove osnovne funkcije uključuju:

✔Suzbijanje struje curenja i poboljšanje čistoće signala slike.

✔Poboljšanje termičke stabilnosti uređaja i produženje vijeka trajanja.

✔Kompatibilan sa epitaksijalnim sistemom od galijum nitrida (GaN) i podržava razvoj mikro-LED dioda visokog sjaja.

✔Podržava stabilan rad visokofrekventnih i brzih drajverskih čipova i poboljšava brzinu odziva.

Kako se AR naočale razvijaju prema lakšim, pametnijim i kvalitetnijim tehnologijama, postavljaju se veći zahtjevi za stabilnost i energetsku efikasnost čipova za ekrane, a poluizolacijske SiC podloge su ključni osnovni materijali koji podržavaju ovaj razvoj.