En el contexto de la revolución de la IA, las gafas de realidad aumentada (RA) se están popularizando. Como paradigma que fusiona a la perfección los mundos virtual y real, las gafas de RA se diferencian de los dispositivos de realidad virtual (RV) al permitir a los usuarios percibir simultáneamente imágenes proyectadas digitalmente y la luz ambiental. Para lograr esta doble funcionalidad —proyectar imágenes en micropantallas directamente 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.
Por lo general, un sustrato semi-aislante de alta pureza de 6 pulgadas permite obtener 2 pares de vidrios, mientras que un sustrato de 8 pulgadas admite de 3 a 4 pares. La adopción de materiales de SiC ofrece tres ventajas fundamentales:
- 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 arcoíris comunes en los diseños AR convencionales.
- Guía de ondas tricolor (RGB) integrada: Sustituye a las pilas de guías de ondas multicapa, reduciendo el tamaño y el peso del dispositivo.
- Conductividad térmica superior (490 W/m·K): Mitiga la degradación óptica inducida por la acumulación de calor.
Estas ventajas han impulsado una fuerte demanda en el mercado de vidrios antirreflejos basados en SiC. El SiC de grado óptico utilizado suele consistir en cristales semi-aislantes de alta pureza (HPSI), cuyos estrictos requisitos de preparación contribuyen a los elevados costes actuales. Por consiguiente, el desarrollo de sustratos de SiC HPSI es fundamental.
1. Síntesis de polvo de SiC semi-aislante
La producción a escala industrial utiliza predominantemente la síntesis autopropagada de alta temperatura (SHS), un proceso que exige un control meticuloso:
- Materias primas: polvos de carbono/silicio con una pureza del 99,999% y tamaños de partícula 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.
- Normas de equipamiento: Los hornos de síntesis deben alcanzar un vacío base <10⁻⁴ Pa, con protocolos rigurosos de comprobación de fugas.
2. Desafíos del crecimiento de cristales
El crecimiento de SiC mediante 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 umbrales y metales alcalinos mínimos (Na/K).
- Sistemas de gas: las mezclas de argón/hidrógeno 6N mejoran la resistividad.
- Equipos: Las bombas moleculares garantizan un ultra alto vacío (<10⁻⁶ Pa); el pretratamiento del crisol y la purga con nitrógeno son fundamentales.
2.1 Innovaciones en el procesamiento de sustratos
En comparación con el silicio, los prolongados ciclos de crecimiento del SiC y su tensión inherente (que provoca grietas y desprendimiento de bordes) requieren un procesamiento avanzado:
- Corte por láser: Aumenta el rendimiento de 30 obleas (350 μm, corte por hilo) a >50 obleas por lingote de 20 mm, con la posibilidad de un adelgazamiento de 200 μm. El tiempo de procesamiento se reduce de 10-15 días (corte por hilo) a <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 onda de SiC de grado óptico, impulsando las inversiones en I+D. Entre sus principales colaboraciones se incluyen:
- TankeBlue y MUDI Micro: Desarrollo conjunto de lentes de guía de onda difractivas AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL y Kunyou Optoelectronics: Alianza estratégica para la integración de la cadena de suministro de IA/AR.
Las proyecciones de mercado estiman una producción anual de 500 000 unidades de realidad aumentada basadas en SiC para 2027, lo que requerirá 250 000 sustratos de 6 pulgadas (o 125 000 de 8 pulgadas). Esta trayectoria subraya el papel transformador del SiC en la óptica de realidad aumentada de próxima generación.
XKH se especializa en el suministro de sustratos de SiC 4H-semi-aislantes (4H-SEMI) de alta calidad con diámetros personalizables de 2 a 8 pulgadas, diseñados para satisfacer requisitos específicos de aplicaciones en RF, electrónica de potencia y óptica AR/VR. Nuestras fortalezas incluyen un suministro confiable de grandes volúmenes, personalización precisa (espesor, orientación, acabado superficial) y procesamiento interno completo, desde el crecimiento del cristal hasta el pulido. Además de 4H-SEMI, también ofrecemos sustratos de SiC 4H-tipo N, 4H/6H-tipo P y 3C, que respaldan diversas innovaciones en semiconductores y optoelectrónica.
Fecha de publicación: 8 de agosto de 2025