Почему мы выбрали Си-Си?
6 марта Meta (ранее Facebook) опубликовала статью на своем официальном сайте,описание процесса и преимуществ выбора карбида кремния в качестве основного материала при разработке технологии волновода для зеркал AR.
Команда Meta не только решила ключевые узкие места, такие как поле зрения, вес и оптические артефакты очки AR с помощью технологии волновода карбида кремния, но также видит это как"переменщик игры"в отрасли AR, которая может стать основным материалом в будущем:
Команда Meta Orion объясняет: почему выбрать технологию SiC
В 2019 году the Orion team prepared Meta founder and CEO Mark Zuckerberg for a pivotal demonstration of the potential waveguide technology for augmented reality glasses - the moment when theoretical calculations on paper became reality for the first time and revolutionized the trajectory of subsequent development.
Мета выпущенные AR очки -Orion
Паскуаль Ривера, ученый-метаоптик, вспоминает: "Когда я носил очки со стеклянными волноводами и многочисленными ламинированными панелями, мне казалось, что я нахожусь в дискотеке - повсюду были радужные пятна.и помехи были настолько сильны, что было невозможно увидеть содержание ARНо когда ты наденешь очки прототипа сволноводы из карбида кремния, это мгновенно похоже на то, что вы находитесь в симфоническом зале, слушая тихий классический механизм, и ваше внимание всегда сосредоточено на полном опыте, который мы построили.
Однако, хотя выбор карбида кремния в качестве субстрата сегодня может показаться очевидным, он был далеко не данным, когда команда Meta Orion начала разработку очков AR десять лет назад:
Паскуаль Ривера объяснил, что карбид кремния часто сильно насыщен азотом, что делает его зеленым или даже черным, если он достаточно толстый.Такой материал просто нельзя использовать для изготовления оптических линз - он по существу электронный, а его цвет тесно связан с его электронными свойствами.
Джузеппе Калафиоре, руководитель отдела технологий волноводов Meta AR, добавляет, что карбид кремния имеет долгую историю применения в качестве материала, в основном в высокопроизводительной электронике.Все электромобили нуждаются в чипе, который может выдерживать чрезвычайно высокую мощность для привода колес и полных систем транспортного средстваТрадиционные кремниевые субстраты не могут удовлетворить этот спрос, и только такие материалы, как карбид кремния, которые позволяют высокий ток и высокую мощность через могут быть компетентными.
До того, как в последние годы возникла проблема возобновляемых источников энергии, рынок таких высокомощных чипов был намного меньше, чем рынок чипов потребительской электроники.Долгосрочная цена карбида кремния высока., но из-за небольшого количества подложки для автомобильных чипов стоимость все еще приемлема, и производителям не хватает мотивации снизить цены.
Но оказывается, что карбид кремния также имеет ключевые свойства, необходимые дляволноводы и оптики, и параметром, на котором команда Мета Орион больше всего сосредоточена, является показатель преломления.Высокий показатель преломления карбида кремния означает, что он может проводить и выводить огромное количество оптических данных - аналогия с пропускной способностью Интернета: чем большая полоса пропускания, тем больше данных может быть передано внутри канала.и чем больше количество оптических данных, передаваемых через этот канал.
Калафиоре далее объяснил, что в нашем сценарии применения канал является волноводом, и большее оптическое расширение напрямую переводится в более широкое поле зрения.Чем выше показатель преломления материала, чем большеполе зрениячто дисплей может поддерживать.
Индекс преломления SiC до 2.7: гораздо больше, чем стекло, литий ниобат и другие материалы
Когда Калафиоре впервые присоединился к Oculus Research (исследовательская и разработчическая лаборатория Meta) в 2016 году, самый высокий показатель преломления стекла, который у них был, был всего лишь 1.8 - для достижения целевого поля зрения необходимо было сложить несколько слоев стеклаПомимо оптических артефактов, процесс сборки чрезвычайно сложен: первые два волновода должны быть идеально выровнены, а затем вся стека должна быть идеально сочетана с третьим волноводом.
"Это не только дорого, но и очевидно, что невозможно поместить три куска стекла в каждую линзу". Калафиоре вспоминал: "Они были слишком тяжелыми,и толщина была далеко за пределами эстетики - никто не купит такие продуктыПоэтому мы вернулись к началу: попытались увеличить показатель преломления материала подложки, тем самым уменьшив количество необходимых стеклянных пластин".
Вначале исследовательская группа сначала сосредоточилась на ниобате лития, который имеет показатель преломления около 2.3, значительно выше, чем у стекла 1.8.
Калафиоре сказал, что мы поняли, что можем просто сложить две доски, или, может быть, даже покрыть поле зрения одной доской.Мы начали исследовать другие материалы - поэтому мы нашли отличную прозрачность вкарбид кремния высокой чистотыВ нашей работе с поставщиками в 2019 году. Что более важно, показатель преломления карбида кремнияДо 2 баллов.7, устанавливая рекорд для оптических приложений.
Для исследовательской группы это значение означает, что показатель преломления карбида кремния на 17,4% выше, чем у ниобата лития, и на 50% выше, чем у стекла."Можно изготовить прозрачный карбид кремния с небольшими изменениями существующего промышленного оборудования.Так что мы скорректировали процесс, чтобы строго контролировать параметры - больше не оптимизируя для электронных свойств, но сосредоточившись на оптических свойствах:основные показатели, такие как проницаемость и однородность показателя преломления. "
Решение таких проблем, как эффект призрака и радуга: технология SiC наконец выделяется
В то время команда Reality Labs первой попыталась превратить непрозрачные пластины карбида кремния в прозрачные подложки.его резка и полировка должны зависеть от алмазных инструментов, что приводит к чрезвычайно высоким затратам на не повторяющуюся инженерию и, в конечном счете, дорогостоящим субстратам.
Несмотря на то, что существуют более экономически эффективные альтернативы субстратам из карбида кремния, есть преимущества и недостатки любой технологии, и Meta в конечном итоге решила использовать карбид кремния.Сильверштейн, научный директор Meta Research, объяснил, что поиск идеального решения для широкополосных AR-дисплеев по существу является игройпроизводительность по сравнению со стоимостью, которые могут быть сжаты, но если производительность не соответствует уровню, преимущество в расходах бессмысленно.
В то же время поле зрения Мета Ориона достигает 70 градусов, и новые проблемы, такие какэффект призрака и радугиначинают появляться: ghost - это повторяющееся изображение основного изображения, проецированного на дисплее, а эффект радуги - это динамический цветовой рисунок, образованный отражением окружающего света на поверхности волновода.
Например, Сильверстайн объясняет, что если вы едете ночью и фары двигаются вокруг вас как радужные полоски, или играете в волейбол на солнечном пляже,Динамический эффект радуги может заставить вас пропустить выстрел.Одно из волшебных свойств карбида кремния заключается в том, что он может полностью устранить эти нарушения.теплопроводностьПластмассы являются плохими изоляторами, как и стекло и литий-ниобат, но карбид кремния прозрачен как стекло и эффективен в провождении тепла, бросая вызов общепринятой мудрости.
Поэтому в июле 2020 года команда Meta Orion выбрала карбид кремния на основе трех основных факторов:
Во-первых,Оптимизация формы: однослойный субстрат и меньшая опорная структура значительно уменьшают объем оборудования;
Во-вторых,оптические преимущества: высокий показатель преломления и эффект антидуги улучшают качество отображения;
Третий -легкий: по сравнению с схемой двойного стекла вес значительно снижается.
Meta решает проблему наклонной гравировки: мы надеемся, что больше предприятий примут участие в исследованиях и разработке оптического класса SiC
После того, как был выявлен материал, следующим препятствием стало изготовление волноводов - в частности, нетрадиционный метод решетки, называемый конусовым офортом.
Калафиоре объясняет: "Сетка представляет собой наноструктуру, отвечающую за соединение света в линзу и из нее, и для работы карбида кремния сетка должна быть выгравирована косым.Выгравированные линии не расположены вертикально, но распределены под наклонным углом.
Нихал Моханти, менеджер по исследованиям в Meta, добавил, что онипервая команда в миредля достижения наклонной гравировки непосредственно на устройстве, и вся промышленность полагалась на технологию наноотпечатков в прошлом, но это не может быть применено к субстратам с высоким показателем преломления.По этой причине, никто раньше не рассматривал вариант карбида кремния.
В 2019 году Нихар Моханти и его партнеры совместно построили эксклюзивную производственную линию, до которой, поскольку технология наклонного гравирования не является зрелой,Большинству поставщиков полупроводниковых микросхем и литейным предприятиям не хватает соответствующего оборудованияПоэтому в то время в мире не было ни одного объекта, который мог бы производить выгравированные волноводы из карбида кремния, и невозможно было проверить техническую целесообразность за пределами лаборатории.
Нихал Моханти также рассказал, что это было крупное инвестирование и они построилиполная производственная цепочка. The processing equipment was customized by the partners and the process was developed by Meta itself - initially the equipment was only up to research grade standards because there was no manufacturing grade system at the time, так что они затем работали с партнерами по производству для разработки оборудования и процесса выемки конуса для производства.
Теперь, когда потенциал карбида кремния был доказан, команда Meta с нетерпением ждет, когда остальная отрасль начнет разрабатывать свои собственные устройства, потому что чем больше компаний инвестируют вкарбид кремния оптического качестваисследования и разработки и разработки оборудования, тем более устойчивой будет промышленная экосистема потребительских очков AR.
Путь к снижению затрат и эффективности SiC ясен: он будет сиять в области очков AR
В то время как команда Meta все еще исследует альтернативы, появился сильный консенсус: в нужном рыночном окне, нужные люди работают вместе, чтобына основе кремния-углеродаРеволюционные очки.
Сильверштейн и Джузеппе Калафиоре заявили, что до этого все производители карбида кремния значительно расширили производство в рамках подготовки к ожидаемому буму электромобилей,и нынешняя ситуация с избыточной мощностью не существовала, когда Orion находился в стадии разработки.Теперь, из-за избыточного предложения, стоимость субстрата начала падать.
Проект Orion доказал жизнеспособность карбида кремния в AR-очках, и в настоящее время существует большой интерес от цепочек поставок на трех континентах, споставщикиВ конце концов, по сравнению с электронными чипами, каждая волноводная линза потребляет большее количество материала,и их существующие технические возможности могут быть легко перенесены в эту область., они делают ставку на эту возможность, карбид кремния в конечном итоге выиграет.
Кроме того, уже есть производители, переходящие с 6-дюймовых на 8-дюймовые подложки, и есть пионеры, разрабатывающие передовые технологии для12-дюймовые подложкиВ будущем эти события будут продолжать снижать затраты, и пока отрасль все еще находится на ранних стадиях,Картина будущего становится яснее..
Калафиоре считает, что в начале любой новой технологической революции люди всегда будут пробовать несколько путей, и телевизионная технология является примером:из катодной трубки в светодиодный плазменный экранБольшинство путей в исследовании в конечном итоге фальсифицированы,но всегда есть несколько вариантов, которые неоднократно выбираются из-за их большого потенциалаМы еще не дошли до конца, и мы не можем бороться в одиночку, но карбид кремния, несомненно, чудо материала, достойногобольшие инвестиции.
Сильверстайн пришел к выводу, что они успешно продемонстрировали потенциал кросс-овера карбида кремния в электронике и фотонике, и его будущее может светить в таких областях, как квантовые вычисления.В то же время, появилась возможность значительно снизить стоимость карбида кремния, хотя существует еще много проблем, но егореволюционная энергиянеисчислима.
ZMSH SIC Wafer 4H-N & полутип:
* Пожалуйста, свяжитесь с нами для любых проблем с авторским правом, и мы немедленно решим их.
