Trong bối cảnh cuộc cách mạng trí tuệ nhân tạo (AI), kính thực tế ảo tăng cường (AR) đang dần được công chúng biết đến. Là một mô hình kết hợp liền mạch thế giới ảo và thế giới thực, kính AR khác với thiết bị thực tế ảo (VR) ở chỗ cho phép người dùng cảm nhận đồng thời cả hình ảnh được chiếu kỹ thuật số và ánh sáng môi trường xung quanh. Để đạt được chức năng kép này—chiếu hình ảnh hiển thị siêu nhỏ vào mắt trong khi vẫn giữ được sự truyền ánh sáng từ bên ngoài—kính AR dựa trên silicon carbide (SiC) chất lượng quang học sử dụng kiến trúc ống dẫn sóng (ống dẫn ánh sáng). Thiết kế này tận dụng sự phản xạ toàn phần bên trong để truyền hình ảnh, tương tự như truyền dẫn bằng sợi quang, như minh họa trong sơ đồ.
Thông thường, một chất nền bán cách điện có độ tinh khiết cao 6 inch có thể tạo ra 2 cặp kính, trong khi chất nền 8 inch có thể chứa 3-4 cặp. Việc sử dụng vật liệu SiC mang lại ba ưu điểm quan trọng:
- Chỉ số khúc xạ vượt trội (2.7): Cho phép góc nhìn toàn cảnh màu sắc >80° với một lớp thấu kính duy nhất, loại bỏ hiện tượng cầu vồng thường gặp trong các thiết kế AR thông thường.
- Ống dẫn sóng ba màu (RGB) tích hợp: Thay thế các chồng ống dẫn sóng nhiều lớp, giảm kích thước và trọng lượng của thiết bị.
- Khả năng dẫn nhiệt vượt trội (490 W/m·K): Giảm thiểu sự suy giảm chất lượng quang học do tích tụ nhiệt.
Những ưu điểm này đã thúc đẩy nhu cầu thị trường mạnh mẽ đối với kính chống phản xạ (AR) dựa trên SiC. SiC loại quang học được sử dụng thường bao gồm các tinh thể bán cách điện có độ tinh khiết cao (HPSI), mà các yêu cầu chuẩn bị nghiêm ngặt của chúng góp phần làm tăng chi phí hiện nay. Do đó, việc phát triển chất nền SiC HPSI là vô cùng quan trọng.
1. Tổng hợp bột SiC bán cách điện
Sản xuất quy mô công nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp tổng hợp tự lan truyền ở nhiệt độ cao (SHS), một quy trình đòi hỏi sự kiểm soát tỉ mỉ:
- Nguyên liệu thô: Bột carbon/silicon tinh khiết 99,999% với kích thước hạt từ 10–100 μm.
- Độ tinh khiết của nồi nấu kim loại: Các thành phần than chì trải qua quá trình tinh chế ở nhiệt độ cao để giảm thiểu sự khuếch tán tạp chất kim loại.
- Kiểm soát môi trường: Argon tinh khiết 6N (với bộ lọc tích hợp) ngăn chặn sự hấp thụ nitơ; có thể đưa vào một lượng nhỏ khí HCl/H₂ để làm bay hơi các hợp chất boron và giảm nitơ, mặc dù nồng độ H₂ cần được tối ưu hóa để ngăn ngừa sự ăn mòn than chì.
- Tiêu chuẩn thiết bị: Lò tổng hợp phải đạt được độ chân không cơ bản <10⁻⁴ Pa, với các quy trình kiểm tra rò rỉ nghiêm ngặt.
2. Những thách thức trong quá trình phát triển tinh thể
Quá trình phát triển SiC HPSI có các yêu cầu về độ tinh khiết tương tự:
- Nguyên liệu đầu vào: Bột SiC có độ tinh khiết 6N+ với tỷ lệ B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, tỷ lệ Fe/Ti/O dưới mức cho phép và hàm lượng kim loại kiềm (Na/K) tối thiểu.
- Hệ thống khí: Hỗn hợp argon/hydro 6N giúp tăng cường điện trở suất.
- Thiết bị: Bơm phân tử đảm bảo chân không cực cao (<10⁻⁶ Pa); xử lý sơ bộ chén nung và sục khí nitơ là rất quan trọng.
2.1 Những đổi mới trong quy trình xử lý chất nền
So với silicon, chu kỳ tăng trưởng kéo dài và ứng suất vốn có của SiC (gây ra hiện tượng nứt/vỡ cạnh) đòi hỏi quy trình xử lý tiên tiến hơn:
- Cắt lát bằng laser: Tăng năng suất từ 30 tấm wafer (350 μm, cưa dây) lên >50 tấm wafer trên mỗi khối tinh thể 20 mm, với khả năng làm mỏng đến 200 μm. Thời gian xử lý giảm từ 10–15 ngày (cưa dây) xuống còn <20 phút/tấm wafer đối với tinh thể 8 inch.
3. Hợp tác trong ngành
Đội ngũ Orion của Meta đã tiên phong trong việc ứng dụng ống dẫn sóng SiC chất lượng quang học, thúc đẩy đầu tư vào nghiên cứu và phát triển. Các đối tác chính bao gồm:
- TankeBlue & MUDI Micro: Hợp tác phát triển thấu kính dẫn sóng nhiễu xạ AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL và Kunyou Optoelectronics: Liên minh chiến lược nhằm tích hợp chuỗi cung ứng AI/AR.
Các dự báo thị trường ước tính sẽ có 500.000 thiết bị AR dựa trên SiC được sản xuất mỗi năm vào năm 2027, tiêu thụ 250.000 tấm nền 6 inch (hoặc 125.000 tấm nền 8 inch). Xu hướng này nhấn mạnh vai trò mang tính đột phá của SiC trong công nghệ quang học AR thế hệ tiếp theo.
XKH chuyên cung cấp các chất nền SiC bán cách điện 4H (4H-SEMI) chất lượng cao với đường kính tùy chỉnh từ 2 inch đến 8 inch, được thiết kế riêng để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực tần số vô tuyến (RF), điện tử công suất và quang học AR/VR. Thế mạnh của chúng tôi bao gồm nguồn cung cấp số lượng lớn đáng tin cậy, khả năng tùy chỉnh chính xác (độ dày, hướng, độ hoàn thiện bề mặt) và quy trình sản xuất khép kín hoàn toàn từ khâu nuôi cấy tinh thể đến đánh bóng. Ngoài 4H-SEMI, chúng tôi cũng cung cấp các chất nền SiC loại 4H-N, 4H/6H-P và 3C, hỗ trợ nhiều đổi mới trong lĩnh vực bán dẫn và quang điện tử.
Thời gian đăng bài: 08/08/2025