Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de realidade aumentada (RA), os óculos inteligentes, como um importante veículo da tecnologia de RA, estão gradualmente passando de conceito para realidade. No entanto, a ampla adoção de óculos inteligentes ainda enfrenta muitos desafios técnicos, particularmente em termos de tecnologia de exibição, peso, dissipação de calor e desempenho óptico. Nos últimos anos, o carboneto de silício (SiC), como um material emergente, tem sido amplamente aplicado em diversos dispositivos e módulos semicondutores de potência. Ele agora está se destacando no campo dos óculos de RA como um material essencial. O alto índice de refração, as excelentes propriedades de dissipação de calor e a alta dureza do carboneto de silício, entre outras características, demonstram um potencial significativo para aplicação na tecnologia de exibição, design leve e dissipação de calor de óculos de RA. Podemos fornecerWafer de SiC, que desempenha um papel crucial na melhoria dessas áreas. A seguir, exploraremos como o carboneto de silício pode trazer mudanças revolucionárias aos óculos inteligentes, considerando suas propriedades, avanços tecnológicos, aplicações de mercado e perspectivas futuras.
Propriedades e vantagens do carboneto de silício
O carboneto de silício é um material semicondutor de banda larga com excelentes propriedades, como alta dureza, alta condutividade térmica e alto índice de refração. Essas características lhe conferem amplo potencial para uso em dispositivos eletrônicos, dispositivos ópticos e gerenciamento térmico. Especificamente no campo de óculos inteligentes, as vantagens do carboneto de silício se refletem principalmente nos seguintes aspectos:
Alto Índice de Refração: O carboneto de silício possui um índice de refração superior a 2,6, muito superior ao de materiais tradicionais como resina (1,51-1,74) e vidro (1,5-1,9). Um alto índice de refração significa que o carboneto de silício pode restringir a propagação da luz com mais eficácia, reduzindo a perda de energia luminosa e, assim, melhorando o brilho e o campo de visão (FOV) da tela. Por exemplo, os óculos de realidade aumentada Orion da Meta utilizam tecnologia de guia de onda de carboneto de silício, alcançando um campo de visão de 70 graus, excedendo em muito o campo de visão de 40 graus dos materiais de vidro tradicionais.
Excelente Dissipação de Calor: O carboneto de silício possui uma condutividade térmica centenas de vezes maior que a do vidro comum, permitindo uma rápida condução de calor. A dissipação de calor é um fator crucial para óculos de realidade aumentada, especialmente durante telas de alto brilho e uso prolongado. As lentes de carboneto de silício podem transferir rapidamente o calor gerado pelos componentes ópticos, aumentando a estabilidade e a vida útil do dispositivo. Podemos fornecer wafers de SiC que garantem um gerenciamento térmico eficaz nessas aplicações.
Alta dureza e resistência ao desgaste: O carboneto de silício é um dos materiais mais duros conhecidos, perdendo apenas para o diamante. Isso torna as lentes de carboneto de silício mais resistentes ao desgaste, adequadas para o uso diário. Em contraste, materiais de vidro e resina são mais propensos a arranhões, o que afeta a experiência do usuário.
Efeito Anti-Arco-Íris: Os materiais de vidro tradicionais usados em óculos de realidade aumentada tendem a produzir um efeito arco-íris, onde a luz ambiente reflete na superfície do guia de ondas, criando padrões de luz coloridos dinâmicos. O carboneto de silício pode eliminar esse problema de forma eficaz, otimizando a estrutura da grade, melhorando assim a qualidade da tela e eliminando o efeito arco-íris causado pelos reflexos da luz ambiente na superfície do guia de ondas.
Avanços tecnológicos do carboneto de silício em óculos de realidade aumentada
Nos últimos anos, os avanços tecnológicos do carboneto de silício em óculos de RA têm se concentrado principalmente no desenvolvimento de lentes de guia de ondas de difração. Um guia de ondas de difração é uma tecnologia de exibição que combina o fenômeno de difração da luz com estruturas de guia de ondas para propagar imagens geradas por componentes ópticos através da grade da lente. Isso reduz a espessura da lente, fazendo com que os óculos de RA pareçam mais com óculos comuns.
Em outubro de 2024, a Meta (antiga Facebook) introduziu o uso de guias de onda gravados em carboneto de silício combinados com microLEDs em seus óculos de realidade aumentada Orion, resolvendo gargalos importantes em áreas como campo de visão, peso e artefatos ópticos. O cientista óptico da Meta, Pascual Rivera, afirmou que a tecnologia de guia de onda de carboneto de silício transformou completamente a qualidade de exibição dos óculos de realidade aumentada, transformando a experiência de "pontos de luz de arco-íris semelhantes a bolas de discoteca" em uma "experiência serena semelhante à de uma sala de concertos".
Em dezembro de 2024, a XINKEHUI desenvolveu com sucesso o primeiro substrato monocristalino de carboneto de silício semi-isolante de alta pureza de 12 polegadas do mundo, marcando um grande avanço na área de substratos de grande porte. Essa tecnologia acelerará a aplicação do carboneto de silício em novos casos de uso, como óculos de realidade aumentada e dissipadores de calor. Por exemplo, um wafer de carboneto de silício de 12 polegadas pode produzir de 8 a 9 pares de lentes para óculos de realidade aumentada, melhorando significativamente a eficiência da produção. Podemos fornecer wafer de SiC para apoiar essas aplicações na indústria de óculos de realidade aumentada.
Recentemente, a XINKEHUI, fornecedora de substratos de carboneto de silício, firmou parceria com a MOD MICRO-NANO, empresa de dispositivos optoeletrônicos micro-nano, para estabelecer uma joint venture focada no desenvolvimento e na promoção de mercado da tecnologia de lentes de guia de onda de difração de RA. A XINKEHUI, com sua expertise técnica em substratos de carboneto de silício, fornecerá substratos de alta qualidade para a MOD MICRO-NANO, que aproveitará suas vantagens em tecnologia óptica micro-nano e processamento de guias de onda de RA para otimizar ainda mais o desempenho dos guias de onda de difração. Espera-se que essa colaboração acelere os avanços tecnológicos em óculos de RA, promovendo a mudança da indústria em direção a designs mais leves e de maior desempenho.
Na exposição SPIE AR|VR|MR de 2025, a MOD MICRO-NANO apresentou suas lentes de óculos AR de carboneto de silício de segunda geração, pesando apenas 2,7 gramas e com uma espessura de apenas 0,55 milímetros, mais leves do que os óculos de sol comuns, oferecendo aos usuários uma experiência de uso quase imperceptível, alcançando um design verdadeiramente “leve”.
Casos de aplicação de carboneto de silício em óculos de realidade aumentada
No processo de fabricação de guias de onda de carboneto de silício, a equipe da Meta superou os desafios da tecnologia de gravação inclinada. O gerente de pesquisa Nihar Mohanty explicou que a gravação inclinada é uma tecnologia de grade não tradicional que grava linhas em um ângulo inclinado para otimizar a eficiência do acoplamento e desacoplamento da luz. Esse avanço lançou as bases para a adoção em massa do carboneto de silício em óculos de realidade aumentada.
Os óculos de realidade aumentada Orion da Meta são uma aplicação representativa da tecnologia de carboneto de silício em realidade aumentada. Utilizando a tecnologia de guia de onda de carboneto de silício, o Orion alcança um campo de visão de 70 graus e resolve eficazmente problemas como fantasmas e o efeito arco-íris.
Giuseppe Carafiore, líder em tecnologia de guias de onda de RA da Meta, observou que o alto índice de refração e a condutividade térmica do carboneto de silício o tornam um material ideal para óculos de RA. Após a seleção do material, o próximo desafio foi desenvolver o guia de onda, especificamente o processo de gravação inclinada para a grade. Carafiore explicou que a grade, responsável por acoplar a luz para dentro e para fora da lente, deve usar gravação inclinada. As linhas gravadas não são dispostas verticalmente, mas sim distribuídas em um ângulo inclinado. Nihar Mohanty acrescentou que eles foram a primeira equipe global a obter gravação inclinada diretamente em dispositivos. Em 2019, Nihar Mohanty e sua equipe construíram uma linha de produção dedicada. Antes disso, não havia equipamento disponível para gravar guias de onda de carboneto de silício, nem a tecnologia era viável fora do laboratório.
Desafios e Perspectivas Futuras do Carboneto de Silício
Embora o carboneto de silício apresente grande potencial em óculos de realidade aumentada (RA), sua aplicação ainda enfrenta diversos desafios. Atualmente, o material de carboneto de silício é caro devido à sua lenta taxa de crescimento e à dificuldade de processamento. Por exemplo, uma única lente de carboneto de silício para os óculos de realidade aumentada Orion da Meta custa até US$ 1.000, dificultando o atendimento às necessidades do mercado consumidor. No entanto, com o rápido desenvolvimento da indústria de veículos elétricos, o custo do carboneto de silício está diminuindo gradualmente. Além disso, o desenvolvimento de substratos de grande porte (como wafers de 12 polegadas) impulsionará ainda mais a redução de custos e a melhoria da eficiência.
A alta dureza do carboneto de silício também o torna desafiador de processar, especialmente na fabricação de micro-nanoestruturas, resultando em baixas taxas de rendimento. No futuro, com uma cooperação mais aprofundada entre fornecedores de substratos de carboneto de silício e fabricantes de micro-nanoóptica, espera-se que esse problema seja resolvido. A aplicação do carboneto de silício em óculos de realidade aumentada ainda está em estágios iniciais, exigindo que mais empresas invistam em pesquisa e desenvolvimento de equipamentos de carboneto de silício de grau óptico. A equipe da Meta espera que outros fabricantes comecem a desenvolver seus próprios equipamentos, pois quanto mais as empresas investem em pesquisa e equipamentos de carboneto de silício de grau óptico, mais forte se tornará o ecossistema da indústria de óculos de realidade aumentada para o consumidor.
Conclusão
O carboneto de silício, com seu alto índice de refração, excelente dissipação de calor e alta dureza, está se tornando um material essencial na área de óculos de realidade aumentada (RA). Da colaboração entre a XINKEHUI e a MOD MICRO-NANO à aplicação bem-sucedida do carboneto de silício nos óculos de realidade aumentada Orion da Meta, o potencial do carboneto de silício em óculos inteligentes foi plenamente demonstrado. Apesar de desafios como custo e obstáculos técnicos, à medida que a cadeia da indústria amadurece e a tecnologia continua a avançar, espera-se que o carboneto de silício se destaque na área de óculos de realidade aumentada (RA), impulsionando os óculos inteligentes para maior desempenho, menor peso e maior adoção. No futuro, o carboneto de silício pode se tornar o material principal na indústria de RA, inaugurando uma nova era de óculos inteligentes.
O potencial do carboneto de silício não se limita aos óculos de realidade aumentada; suas aplicações intersetoriais em eletrônica e fotônica também apresentam vastas perspectivas. Por exemplo, a aplicação do carboneto de silício em computação quântica e dispositivos eletrônicos de alta potência está sendo ativamente explorada. À medida que a tecnologia avança e os custos diminuem, espera-se que o carboneto de silício desempenhe um papel fundamental em mais áreas, acelerando o desenvolvimento de indústrias relacionadas. Podemos fornecer wafers de SiC para diversas aplicações, apoiando avanços na tecnologia de realidade aumentada e além.
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Wafer de SiC 4H-N de 8 polegadas e 200 mm, condutor, para pesquisa
Horário da publicação: 01/04/2025