Em meio à revolução da IA, os óculos de RA estão gradualmente entrando no imaginário popular. Como um paradigma que combina perfeitamente os mundos virtual e real, os óculos de RA diferem dos dispositivos de RV por permitirem que os usuários percebam simultaneamente imagens projetadas digitalmente e a luz ambiente. Para alcançar essa dupla funcionalidade — projetar imagens de microdisplay nos olhos, preservando a transmissão de luz externa — os óculos de RA baseados em carbeto de silício (SiC) de grau óptico empregam uma arquitetura de guia de ondas (guia de luz). Esse design utiliza a reflexão interna total para transmitir imagens, de forma análoga à transmissão por fibra óptica, conforme ilustrado no diagrama esquemático.
Normalmente, um substrato semi-isolante de alta pureza de 6 polegadas pode produzir 2 pares de lentes, enquanto um substrato de 8 polegadas acomoda de 3 a 4 pares. A adoção de materiais de SiC confere três vantagens cruciais:
- Índice de refração excepcional (2,7): Permite um campo de visão (FOV) em cores superior a 80° com uma única camada de lente, eliminando os artefatos de arco-íris comuns em designs de RA convencionais.
- Guia de ondas tricolor (RGB) integrada: Substitui as pilhas de guias de ondas multicamadas, reduzindo o tamanho e o peso do dispositivo.
- Condutividade térmica superior (490 W/m·K): Atenua a degradação óptica induzida pelo acúmulo de calor.
Essas vantagens impulsionaram uma forte demanda de mercado por vidros antirreflexo à base de SiC. O SiC de grau óptico utilizado normalmente consiste em cristais semi-isolantes de alta pureza (HPSI), cujos rigorosos requisitos de preparação contribuem para os altos custos atuais. Consequentemente, o desenvolvimento de substratos de SiC HPSI é fundamental.
1. Síntese de pó de SiC semi-isolante
A produção em escala industrial utiliza predominantemente a síntese autopropagante de alta temperatura (SHS, na sigla em inglês), um processo que exige controle meticuloso:
- Matérias-primas: pós de carbono/silício com pureza de 99,999% e tamanho de partícula de 10 a 100 μm.
- Pureza do cadinho: Os componentes de grafite passam por purificação em alta temperatura para minimizar a difusão de impurezas metálicas.
- Controle da atmosfera: o argônio com pureza 6N (com purificadores em linha) suprime a incorporação de nitrogênio; traços de gases HCl/H₂ podem ser introduzidos para volatilizar compostos de boro e reduzir o nitrogênio, embora a concentração de H₂ precise ser otimizada para evitar a corrosão do grafite.
- Padrões de equipamento: Os fornos de síntese devem atingir um vácuo base inferior a 10⁻⁴ Pa, com protocolos rigorosos de verificação de vazamentos.
2. Desafios do crescimento de cristais
O crescimento de SiC por HPSI compartilha requisitos de pureza semelhantes:
- Matéria-prima: pó de SiC com pureza 6N+, com B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O abaixo dos limites de tolerância e quantidades mínimas de metais alcalinos (Na/K).
- Sistemas de gás: Misturas de argônio/hidrogênio 6N aumentam a resistividade.
- Equipamentos: Bombas moleculares garantem vácuo ultra-alto (<10⁻⁶ Pa); o pré-tratamento do cadinho e a purga com nitrogênio são essenciais.
2.1 Inovações no Processamento de Substratos
Em comparação com o silício, os ciclos de crescimento prolongados e a tensão inerente do SiC (que causa rachaduras/lascamento nas bordas) exigem processamento avançado:
- Corte a laser: Aumenta o rendimento de 30 wafers (350 μm, serra de fio) para >50 wafers por lingote de 20 mm, com potencial para redução de 200 μm. O tempo de processamento cai de 10 a 15 dias (serra de fio) para <20 min/wafer para cristais de 8 polegadas.
3. Colaborações com a Indústria
A equipe Orion da Meta foi pioneira na adoção de guias de onda de SiC de grau óptico, impulsionando investimentos em P&D. As principais parcerias incluem:
- TankeBlue e MUDI Micro: Desenvolvimento conjunto de lentes de guia de onda difrativas AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL e Kunyou Optoelectronics: Aliança estratégica para integração da cadeia de suprimentos de IA/RA.
As projeções de mercado estimam 500.000 unidades de RA baseadas em SiC anualmente até 2027, consumindo 250.000 substratos de 6 polegadas (ou 125.000 de 8 polegadas). Essa trajetória ressalta o papel transformador do SiC na óptica de RA de próxima geração.
A XKH é especializada no fornecimento de substratos de SiC semi-isolantes 4H (4H-SEMI) de alta qualidade, com diâmetros personalizáveis que variam de 2 a 8 polegadas, projetados para atender às necessidades específicas de aplicações em RF, eletrônica de potência e óptica AR/VR. Nossos pontos fortes incluem fornecimento confiável em grande volume, personalização precisa (espessura, orientação, acabamento superficial) e processamento completo interno, desde o crescimento do cristal até o polimento. Além do 4H-SEMI, também oferecemos substratos de SiC tipo N (4H), tipo P (4H/6H) e 3C (3C), que dão suporte a diversas inovações em semicondutores e optoeletrônica.
Data da publicação: 08/08/2025