ऑप्टिकल-ग्रेड सिलिकॉन कार्बाइड वेवगाइड एआर ग्लास: उच्च शुद्धता वाले अर्ध-इन्सुलेटिंग सबस्ट्रेट्स की तैयारी

एआई क्रांति की पृष्ठभूमि में, एआर चश्मे धीरे-धीरे जन चेतना में प्रवेश कर रहे हैं। आभासी और वास्तविक दुनिया का सहज मिश्रण करने वाले एक प्रतिमान के रूप में, एआर चश्मे वीआर उपकरणों से इस मायने में भिन्न हैं कि ये उपयोगकर्ताओं को डिजिटल रूप से प्रक्षेपित छवियों और परिवेशी पर्यावरणीय प्रकाश, दोनों को एक साथ देखने की अनुमति देते हैं। इस दोहरी कार्यक्षमता को प्राप्त करने के लिए—बाहरी प्रकाश संचरण को बनाए रखते हुए माइक्रोडिस्प्ले छवियों को आँखों में प्रक्षेपित करना—ऑप्टिकल-ग्रेड सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)-आधारित एआर चश्मे एक वेवगाइड (लाइटगाइड) आर्किटेक्चर का उपयोग करते हैं। यह डिज़ाइन छवियों को प्रसारित करने के लिए पूर्ण आंतरिक परावर्तन का लाभ उठाता है, जो ऑप्टिकल फाइबर संचरण के समान है, जैसा कि योजनाबद्ध आरेख में दिखाया गया है।

आमतौर पर, एक 6-इंच उच्च-शुद्धता वाला अर्ध-इन्सुलेटिंग सब्सट्रेट 2 जोड़ी ग्लास बना सकता है, जबकि 8-इंच सब्सट्रेट 3-4 जोड़ी ग्लास बना सकता है। SiC सामग्रियों को अपनाने से तीन महत्वपूर्ण लाभ मिलते हैं:

1. असाधारण अपवर्तक सूचकांक (2.7): एकल लेंस परत के साथ 80° से अधिक पूर्ण-रंग दृश्य क्षेत्र (FOV) को सक्षम बनाता है, जिससे पारंपरिक AR डिजाइनों में आम तौर पर पाई जाने वाली इंद्रधनुषी कलाकृतियाँ समाप्त हो जाती हैं।
2. एकीकृत त्रि-रंग (RGB) वेवगाइड: बहु-परत वेवगाइड स्टैक को प्रतिस्थापित करता है, जिससे डिवाइस का आकार और वजन कम हो जाता है।
3. बेहतर तापीय चालकता (490 W/m·K): ताप संचयन-प्रेरित प्रकाशीय क्षरण को कम करता है।

इन खूबियों ने SiC-आधारित AR ग्लासों की बाज़ार में मज़बूत माँग को बढ़ावा दिया है। इस्तेमाल किए जाने वाले ऑप्टिकल-ग्रेड SiC में आमतौर पर उच्च-शुद्धता वाले अर्ध-रोधक (HPSI) क्रिस्टल होते हैं, जिनकी कठोर तैयारी की ज़रूरतें वर्तमान में उच्च लागत में योगदान करती हैं। परिणामस्वरूप, HPSI SiC सबस्ट्रेट्स का विकास महत्वपूर्ण है।

1. अर्ध-इन्सुलेटिंग SiC पाउडर का संश्लेषण
औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन में मुख्य रूप से उच्च तापमान स्व-प्रसारित संश्लेषण (SHS) का उपयोग किया जाता है, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके लिए सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता होती है:

• कच्चा माल: 99.999% शुद्ध कार्बन/सिलिकॉन पाउडर, कण आकार 10-100 μm।
• क्रूसिबल शुद्धता: धातु अशुद्धता प्रसार को न्यूनतम करने के लिए ग्रेफाइट घटकों को उच्च तापमान शुद्धिकरण से गुजारा जाता है।
• वातावरण नियंत्रण: 6N-शुद्धता आर्गन (इन-लाइन प्यूरीफायर के साथ) नाइट्रोजन समावेशन को दबाता है; ट्रेस HCl/H₂ गैसों को बोरॉन यौगिकों को अस्थिर करने और नाइट्रोजन को कम करने के लिए पेश किया जा सकता है, हालांकि ग्रेफाइट संक्षारण को रोकने के लिए H₂ सांद्रता को अनुकूलन की आवश्यकता होती है।
• उपकरण मानक: संश्लेषण भट्टियों को कठोर रिसाव-जांच प्रोटोकॉल के साथ <10⁻⁴ Pa बेस वैक्यूम प्राप्त करना होगा।

2. क्रिस्टल विकास चुनौतियाँ
HPSI SiC विकास में समान शुद्धता आवश्यकताएं होती हैं:

• फीडस्टॉक: 6N+ शुद्धता वाला SiC पाउडर जिसमें B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O सीमा से नीचे, तथा न्यूनतम क्षार धातुएं (Na/K) हों।
• गैस प्रणालियाँ: 6N आर्गन/हाइड्रोजन मिश्रण प्रतिरोधकता को बढ़ाते हैं।
• उपकरण: आणविक पंप अति उच्च निर्वात (<10⁻⁶ Pa) सुनिश्चित करते हैं; क्रूसिबल पूर्व-उपचार और नाइट्रोजन शुद्धिकरण महत्वपूर्ण हैं।

सब्सट्रेट प्रसंस्करण नवाचार
सिलिकॉन की तुलना में, SiC के लंबे विकास चक्र और अंतर्निहित तनाव (दरार/किनारे के टूटने का कारण) उन्नत प्रसंस्करण की आवश्यकता पैदा करते हैं:

• लेज़र स्लाइसिंग: 30 वेफ़र्स (350 μm, वायर सॉ) से उपज को बढ़ाकर 20-मिमी बाउल में >50 वेफ़र्स कर देता है, जिसमें 200-μm पतलापन की क्षमता भी होती है। 8-इंच क्रिस्टल के लिए प्रसंस्करण समय 10-15 दिनों (वायर सॉ) से घटकर <20 मिनट/वेफ़र हो जाता है।

3. उद्योग सहयोग

मेटा की ओरियन टीम ने ऑप्टिकल-ग्रेड SiC वेवगाइड अपनाने में अग्रणी भूमिका निभाई है, जिससे अनुसंधान एवं विकास निवेश को बढ़ावा मिला है। प्रमुख साझेदारियों में शामिल हैं:

• टैंकब्लू और एमयूडीआई माइक्रो: एआर विवर्तनिक वेवगाइड लेंस का संयुक्त विकास।
• जिंगशेंग मेच, लोंगकी टेक, एक्सरियल, और कुनयू ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स: एआई/एआर आपूर्ति श्रृंखला एकीकरण के लिए रणनीतिक गठबंधन।

बाज़ार के अनुमानों के अनुसार, 2027 तक सालाना 500,000 SiC-आधारित AR इकाइयाँ होंगी, जो 250,000 6-इंच (या 125,000 8-इंच) सबस्ट्रेट्स का उपयोग करेंगी। यह प्रगति अगली पीढ़ी के AR ऑप्टिक्स में SiC की परिवर्तनकारी भूमिका को रेखांकित करती है।

XKH उच्च-गुणवत्ता वाले 4H-सेमी-इंसुलेटिंग (4H-SEMI) SiC सबस्ट्रेट्स की आपूर्ति में विशेषज्ञता रखता है, जिनका व्यास 2 इंच से 8 इंच तक होता है और जिन्हें RF, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और AR/VR ऑप्टिक्स की विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हमारी खूबियों में विश्वसनीय मात्रा में आपूर्ति, सटीक अनुकूलन (मोटाई, अभिविन्यास, सतह परिष्करण), और क्रिस्टल वृद्धि से लेकर पॉलिशिंग तक पूर्ण आंतरिक प्रसंस्करण शामिल हैं। 4H-SEMI के अलावा, हम 4H-N-प्रकार, 4H/6H-P-प्रकार, और 3C-SiC सबस्ट्रेट्स भी प्रदान करते हैं, जो विविध अर्धचालक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक नवाचारों का समर्थन करते हैं।