En el contexto de la revolución de la IA, las gafas de RA se están popularizando gradualmente. Como paradigma que integra a la perfección los mundos virtual y real, las gafas de RA se diferencian de los dispositivos de RV al permitir a los usuarios percibir simultáneamente imágenes proyectadas digitalmente y la luz ambiental. Para lograr esta doble funcionalidad —proyectar imágenes de micropantalla en los ojos y preservar la transmisión de luz externa—, las gafas de RA basadas en carburo de silicio (SiC) de grado óptico emplean una arquitectura de guía de ondas (guía de luz). Este diseño aprovecha la reflexión interna total para transmitir imágenes, de forma análoga a la transmisión por fibra óptica, como se ilustra en el diagrama esquemático.
Normalmente, un sustrato semiaislante de alta pureza de 15 cm (6 pulgadas) puede producir dos pares de gafas, mientras que un sustrato de 20 cm (8 pulgadas) admite de 3 a 4 pares. La adopción de materiales de SiC ofrece tres ventajas cruciales:
- Índice de refracción excepcional (2,7): permite un campo de visión (FOV) a todo color de >80° con una sola capa de lente, eliminando los artefactos de arco iris comunes en los diseños de AR convencionales.
- Guía de ondas tricolor (RGB) integrada: reemplaza las pilas de guías de ondas multicapa, lo que reduce el tamaño y el peso del dispositivo.
- Conductividad térmica superior (490 W/m·K): mitiga la degradación óptica inducida por acumulación de calor.
Estas ventajas han impulsado una fuerte demanda en el mercado de vidrios AR basados en SiC. El SiC de grado óptico utilizado suele consistir en cristales semiaislantes de alta pureza (HPSI), cuyos rigurosos requisitos de preparación contribuyen a los elevados costos actuales. Por consiguiente, el desarrollo de sustratos de SiC HPSI es crucial.
1. Síntesis de polvo de SiC semiaislante
La producción a escala industrial utiliza predominantemente síntesis autopropagante de alta temperatura (SHS), un proceso que exige un control meticuloso:
- Materias primas: polvos de carbono/silicio 99,999% puros con tamaños de partículas de 10 a 100 μm.
- Pureza del crisol: Los componentes de grafito se someten a una purificación a alta temperatura para minimizar la difusión de impurezas metálicas.
- Control de la atmósfera: el argón de pureza 6N (con purificadores en línea) suprime la incorporación de nitrógeno; se pueden introducir trazas de gases HCl/H₂ para volatilizar los compuestos de boro y reducir el nitrógeno, aunque la concentración de H₂ requiere optimización para evitar la corrosión del grafito.
- Estándares de equipo: Los hornos de síntesis deben alcanzar un vacío base de <10⁻⁴ Pa, con rigurosos protocolos de verificación de fugas.
2. Desafíos del crecimiento de los cristales
El crecimiento de SiC HPSI comparte requisitos de pureza similares:
- Materia prima: polvo de SiC de pureza 6N+ con B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O por debajo de los límites umbral y metales alcalinos mínimos (Na/K).
- Sistemas de gas: Las mezclas de argón/hidrógeno 6N mejoran la resistividad.
- Equipamiento: Las bombas moleculares garantizan un vacío ultraalto (<10⁻⁶ Pa); el pretratamiento del crisol y la purga de nitrógeno son fundamentales.
Innovaciones en el procesamiento de sustratos
En comparación con el silicio, los ciclos de crecimiento prolongados del SiC y la tensión inherente (que provoca grietas o astillamiento de los bordes) requieren un procesamiento avanzado:
- Corte láser: Aumenta el rendimiento de 30 obleas (350 μm, sierra de hilo) a más de 50 obleas por bola de 20 mm, con potencial de adelgazamiento de 200 μm. El tiempo de procesamiento se reduce de 10 a 15 días (sierra de hilo) a menos de 20 min/oblea para cristales de 8 pulgadas.
3. Colaboraciones con la industria
El equipo Orion de Meta ha sido pionero en la adopción de guías de ondas de SiC de grado óptico, impulsando la inversión en I+D. Entre sus colaboraciones clave se incluyen:
- TankeBlue y MUDI Micro: Desarrollo conjunto de lentes de guía de ondas difractivas AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL y Kunyou Optoelectronics: alianza estratégica para la integración de la cadena de suministro de IA/RA.
Las proyecciones de mercado estiman 500.000 unidades de RA basadas en SiC al año para 2027, con un consumo de 250.000 sustratos de 6 pulgadas (o 125.000 de 8 pulgadas). Esta trayectoria subraya el papel transformador del SiC en la óptica de RA de próxima generación.
XKH se especializa en el suministro de sustratos de SiC 4H semiaislantes (4H-SEMI) de alta calidad con diámetros personalizables de 2 a 8 pulgadas, diseñados para satisfacer las necesidades específicas de aplicaciones en RF, electrónica de potencia y óptica AR/VR. Nuestras fortalezas incluyen un suministro confiable en grandes cantidades, personalización precisa (espesor, orientación, acabado superficial) y procesamiento interno completo, desde el crecimiento de cristales hasta el pulido. Además de 4H-SEMI, también ofrecemos sustratos de SiC tipo 4H-N, tipo 4H/6H-P y 3C, que respaldan diversas innovaciones en semiconductores y optoelectrónica.
Hora de publicación: 08-ago-2025