Vor dem Hintergrund der KI-Revolution rücken AR-Brillen zunehmend ins öffentliche Bewusstsein. Als Paradigma, das virtuelle und reale Welten nahtlos miteinander verbindet, unterscheidet sich AR-Brillen von VR-Geräten dadurch, dass der Nutzer sowohl digital projizierte Bilder als auch das Umgebungslicht gleichzeitig wahrnimmt. Um diese Doppelfunktion – die Projektion von Mikrodisplay-Bildern in die Augen bei gleichzeitiger Wahrung der externen Lichtdurchlässigkeit – zu erreichen, verwenden AR-Brillen auf Basis von optischem Siliziumkarbid (SiC) eine Wellenleiterarchitektur (Lichtleiter). Dieses Design nutzt die Totalreflexion zur Bildübertragung, analog zur Glasfaserübertragung, wie im Schaltplan dargestellt.
Typischerweise kann ein 6-Zoll-Substrat aus hochreinem, halbisolierendem Material zwei Brillengläser liefern, während ein 8-Zoll-Substrat drei bis vier Brillengläser aufnehmen kann. Die Verwendung von SiC-Materialien bietet drei entscheidende Vorteile:
- Außergewöhnlicher Brechungsindex (2,7): Ermöglicht ein Vollfarb-Sichtfeld (FOV) von >80° mit einer einzigen Linsenschicht und eliminiert so die bei herkömmlichen AR-Designs üblichen Regenbogenartefakte.
- Integrierter dreifarbiger (RGB) Wellenleiter: Ersetzt mehrschichtige Wellenleiterstapel und reduziert so Gerätegröße und -gewicht.
- Überlegene Wärmeleitfähigkeit (490 W/m·K): Mildert die durch Wärmestau verursachte optische Verschlechterung.
Diese Vorteile haben zu einer starken Marktnachfrage nach SiC-basierten AR-Gläsern geführt. Das verwendete optische SiC besteht typischerweise aus hochreinen halbisolierenden (HPSI) Kristallen, deren strenge Herstellungsanforderungen zu den derzeit hohen Kosten beitragen. Daher ist die Entwicklung von HPSI-SiC-Substraten von entscheidender Bedeutung.
1. Synthese von halbisolierendem SiC-Pulver
Bei der Produktion im industriellen Maßstab kommt überwiegend die selbstverbreitende Hochtemperatursynthese (SHS) zum Einsatz, ein Prozess, der eine sorgfältige Kontrolle erfordert:
- Rohstoffe: 99,999 % reines Kohlenstoff-/Siliziumpulver mit Partikelgrößen von 10–100 μm.
- Tiegelreinheit: Graphitkomponenten werden einer Hochtemperaturreinigung unterzogen, um die Diffusion metallischer Verunreinigungen zu minimieren.
- Atmosphärenkontrolle: Argon mit 6N-Reinheit (mit Inline-Reinigern) unterdrückt die Stickstoffaufnahme; Spuren von HCl/H₂-Gasen können eingeführt werden, um Borverbindungen zu verflüchtigen und Stickstoff zu reduzieren, allerdings muss die H₂-Konzentration optimiert werden, um Graphitkorrosion zu verhindern.
- Gerätestandards: Syntheseöfen müssen ein Basisvakuum von <10⁻⁴ Pa erreichen und es müssen strenge Protokolle zur Dichtheitsprüfung eingehalten werden.
2. Herausforderungen beim Kristallwachstum
Das HPSI-SiC-Wachstum weist ähnliche Reinheitsanforderungen auf:
- Ausgangsmaterial: SiC-Pulver mit Reinheit 6N+ mit B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O unterhalb der Grenzwerte und minimalen Alkalimetallen (Na/K).
- Gassysteme: 6N-Argon/Wasserstoff-Gemische erhöhen den spezifischen Widerstand.
- Ausrüstung: Molekularpumpen gewährleisten Ultrahochvakuum (<10⁻⁶ Pa); Tiegelvorbehandlung und Stickstoffspülung sind entscheidend.
Innovationen in der Substratverarbeitung
Im Vergleich zu Silizium erfordern die längeren Wachstumszyklen und die inhärente Spannung von SiC (die zu Rissen/Kantenabsplitterungen führt) eine fortschrittliche Verarbeitung:
- Laserschneiden: Erhöht die Ausbeute von 30 Wafern (350 μm, Drahtsäge) auf >50 Wafer pro 20-mm-Boule, mit Potenzial für eine Ausdünnung um 200 μm. Die Verarbeitungszeit sinkt von 10–15 Tagen (Drahtsäge) auf <20 min/Wafer für 8-Zoll-Kristalle.
3. Branchenkooperationen
Das Orion-Team von Meta hat die Einführung optischer SiC-Wellenleiter vorangetrieben und damit Investitionen in Forschung und Entwicklung angekurbelt. Zu den wichtigsten Partnerschaften gehören:
- TankeBlue & MUDI Micro: Gemeinsame Entwicklung von AR-Diffraktiven Wellenleiterlinsen.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL und Kunyou Optoelectronics: Strategische Allianz für die Integration der KI/AR-Lieferkette.
Marktprognosen gehen davon aus, dass bis 2027 jährlich 500.000 SiC-basierte AR-Einheiten produziert werden, die 250.000 6-Zoll-Substrate (oder 125.000 8-Zoll-Substrate) verbrauchen. Diese Entwicklung unterstreicht die transformative Rolle von SiC in der AR-Optik der nächsten Generation.
XKH ist spezialisiert auf die Lieferung hochwertiger 4H-halbisolierender (4H-SEMI) SiC-Substrate mit anpassbaren Durchmessern von 2 bis 8 Zoll, maßgeschneidert für spezifische Anwendungsanforderungen in den Bereichen HF, Leistungselektronik und AR/VR-Optik. Zu unseren Stärken zählen zuverlässige Volumenversorgung, präzise Anpassung (Dicke, Ausrichtung, Oberflächenbeschaffenheit) und die vollständige Inhouse-Verarbeitung vom Kristallwachstum bis zum Polieren. Neben 4H-SEMI bieten wir auch 4H-N-Typ-, 4H/6H-P-Typ- und 3C-SiC-Substrate an, die vielfältige Halbleiter- und Optoelektronik-Innovationen unterstützen.
Beitragszeit: 08.08.2025