Vor dem Hintergrund der KI-Revolution gewinnen AR-Brillen zunehmend an Bedeutung. Als Paradigma, das virtuelle und reale Welten nahtlos miteinander verbindet, unterscheiden sich AR-Brillen von VR-Geräten dadurch, dass sie Nutzern die gleichzeitige Wahrnehmung digital projizierter Bilder und des Umgebungslichts ermöglichen. Um diese Doppelfunktionalität zu erreichen – die Projektion von Mikrodisplay-Bildern in die Augen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der externen Lichtdurchlässigkeit – nutzen AR-Brillen auf Basis von optischem Siliziumkarbid (SiC) eine Wellenleiterarchitektur. Dieses Design nutzt die Totalreflexion zur Bildübertragung, analog zur Glasfaserübertragung, wie im schematischen Diagramm dargestellt.
Typischerweise können aus einem 6-Zoll-Substrat aus hochreinem, halbisolierendem Siliziumkarbid zwei Glaspaare gefertigt werden, während ein 8-Zoll-Substrat drei bis vier Paare aufnehmen kann. Die Verwendung von Siliziumkarbid bietet drei entscheidende Vorteile:
- Außergewöhnlicher Brechungsindex (2,7): Ermöglicht ein Vollfarb-Sichtfeld von >80° mit einer einzigen Linsenschicht und eliminiert so die bei herkömmlichen AR-Designs üblichen Regenbogeneffekte.
- Integrierter Dreifarben-(RGB)-Wellenleiter: Ersetzt mehrschichtige Wellenleiterstapel und reduziert so die Größe und das Gewicht des Geräts.
- Überlegene Wärmeleitfähigkeit (490 W/m·K): Vermindert die durch Wärmestau verursachte optische Verschlechterung.
Diese Vorteile haben zu einer starken Marktnachfrage nach SiC-basierten Antireflexionsgläsern geführt. Das verwendete optische SiC besteht typischerweise aus hochreinen halbisolierenden (HPSI) Kristallen, deren aufwändige Herstellung die derzeit hohen Kosten erklärt. Daher ist die Entwicklung von HPSI-SiC-Substraten von entscheidender Bedeutung.
1. Synthese von halbisolierendem SiC-Pulver
Die industrielle Produktion nutzt überwiegend die Hochtemperatur-Selbstpropagationssynthese (SHS), ein Verfahren, das eine sorgfältige Kontrolle erfordert:
- Rohstoffe: 99,999% reine Kohlenstoff-/Siliziumpulver mit einer Partikelgröße von 10–100 μm.
- Reinheit des Tiegels: Graphitkomponenten werden einer Hochtemperaturreinigung unterzogen, um die Diffusion metallischer Verunreinigungen zu minimieren.
- Atmosphärenkontrolle: 6N-reines Argon (mit Inline-Reinigern) unterdrückt den Stickstoffeinbau; Spuren von HCl/H₂-Gasen können zugeführt werden, um Borverbindungen zu verflüchtigen und den Stickstoffgehalt zu reduzieren, wobei die H₂-Konzentration optimiert werden muss, um Graphitkorrosion zu verhindern.
- Gerätestandards: Syntheseöfen müssen ein Basisvakuum von <10⁻⁴ Pa erreichen, wobei strenge Dichtigkeitsprüfungsprotokolle eingehalten werden müssen.
2. Herausforderungen beim Kristallwachstum
HPSI-SiC-Wachstumsprozesse weisen ähnliche Reinheitsanforderungen auf:
- Ausgangsmaterial: 6N+-reines SiC-Pulver mit B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O unterhalb der Schwellenwerte und minimalen Alkalimetallen (Na/K).
- Gassysteme: 6N-Argon/Wasserstoff-Gemische erhöhen den spezifischen Widerstand.
- Ausrüstung: Molekularpumpen gewährleisten ein Ultrahochvakuum (<10⁻⁶ Pa); Tiegelvorbehandlung und Stickstoffspülung sind unerlässlich.
2.1 Innovationen in der Substratverarbeitung
Im Vergleich zu Silizium erfordern die längeren Wachstumszyklen von SiC und die inhärente Spannung (die zu Rissen/Kantenabsplitterungen führt) eine fortschrittliche Verarbeitung:
- Laserschneiden: Steigert die Ausbeute von 30 Wafern (350 µm, Drahtsäge) auf über 50 Wafer pro 20-mm-Boule, mit der Möglichkeit einer Ausdünnung um 200 µm. Die Bearbeitungszeit sinkt von 10–15 Tagen (Drahtsäge) auf unter 20 Minuten pro Wafer für 8-Zoll-Kristalle.
3. Branchenkooperationen
Das Orion-Team von Meta hat Pionierarbeit bei der Einführung von SiC-Wellenleitern in optischer Qualität geleistet und damit Investitionen in Forschung und Entwicklung angestoßen. Zu den wichtigsten Partnerschaften gehören:
- TankeBlue & MUDI Micro: Gemeinsame Entwicklung von AR-diffraktiven Wellenleiterlinsen.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL und Kunyou Optoelectronics: Strategische Allianz zur Integration der Lieferkette für KI/AR.
Marktprognosen gehen von 500.000 SiC-basierten AR-Einheiten pro Jahr bis 2027 aus, die 250.000 6-Zoll- (bzw. 125.000 8-Zoll-)Substrate verbrauchen. Diese Entwicklung unterstreicht die wegweisende Rolle von SiC in der AR-Optik der nächsten Generation.
XKH ist spezialisiert auf die Lieferung hochwertiger 4H-halbisolierender (4H-SEMI) SiC-Substrate mit kundenspezifischen Durchmessern von 2 bis 8 Zoll, die auf die spezifischen Anwendungsanforderungen in den Bereichen Hochfrequenztechnik, Leistungselektronik und AR/VR-Optik zugeschnitten sind. Zu unseren Stärken zählen die zuverlässige Lieferung großer Stückzahlen, die präzise Anpassung (Dicke, Orientierung, Oberflächenbeschaffenheit) und die vollständige interne Verarbeitung vom Kristallwachstum bis zum Polieren. Neben 4H-SEMI bieten wir auch 4H-N-, 4H/6H-P- und 3C-SiC-Substrate an und unterstützen damit vielfältige Innovationen in der Halbleiter- und Optoelektronik.
Veröffentlichungsdatum: 08.08.2025