Dans le contexte de la révolution de l'IA, les lunettes de réalité augmentée (RA) s'imposent progressivement au grand public. Véritables modèles alliant harmonieusement mondes virtuel et réel, les lunettes de RA se distinguent des appareils de RV en permettant aux utilisateurs de percevoir simultanément des images projetées numériquement et la lumière ambiante. Pour réaliser cette double fonctionnalité – projeter des images sur micro-écran tout en préservant la transmission de la lumière externe –, les lunettes de RA en carbure de silicium (SiC) de qualité optique utilisent une architecture à guide d'ondes (guide de lumière). Cette conception exploite la réflexion interne totale pour transmettre les images, à l'instar de la transmission par fibre optique, comme illustré sur le schéma.
En général, un substrat semi-isolant haute pureté de 6 pouces permet de produire deux paires de verres, tandis qu'un substrat de 8 pouces en permet de produire trois à quatre. L'adoption des matériaux SiC présente trois avantages essentiels :
- Indice de réfraction exceptionnel (2,7) : permet un champ de vision couleur (FOV) > 80° avec une seule couche de lentille, éliminant ainsi les artefacts arc-en-ciel courants dans les conceptions AR conventionnelles.
- Guide d'ondes tricolore (RVB) intégré : remplace les piles de guides d'ondes multicouches, réduisant ainsi la taille et le poids de l'appareil.
- Conductivité thermique supérieure (490 W/m·K) : atténue la dégradation optique induite par l'accumulation de chaleur.
Ces atouts ont stimulé une forte demande du marché pour les lunettes AR à base de SiC. Le SiC de qualité optique utilisé est généralement constitué de cristaux semi-isolants de haute pureté (HPSI), dont les exigences de préparation rigoureuses contribuent aux coûts actuels élevés. Par conséquent, le développement de substrats SiC HPSI est crucial.
1. Synthèse de poudre de SiC semi-isolante
La production à l’échelle industrielle utilise principalement la synthèse autopropagée à haute température (SHS), un processus exigeant un contrôle méticuleux :
- Matières premières : poudres de carbone/silicium pur à 99,999 % avec des tailles de particules de 10 à 100 μm.
- Pureté du creuset : les composants en graphite subissent une purification à haute température pour minimiser la diffusion des impuretés métalliques.
- Contrôle de l'atmosphère : l'argon de pureté 6N (avec des purificateurs en ligne) supprime l'incorporation d'azote ; des traces de gaz HCl/H₂ peuvent être introduites pour volatiliser les composés du bore et réduire l'azote, bien que la concentration en H₂ nécessite une optimisation pour éviter la corrosion du graphite.
- Normes d'équipement : Les fours de synthèse doivent atteindre un vide de base <10⁻⁴ Pa, avec des protocoles rigoureux de contrôle des fuites.
2. Défis de la croissance cristalline
La croissance du SiC HPSI partage des exigences de pureté similaires :
- Matière première : poudre de SiC de pureté 6N+ avec B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O en dessous des limites de seuil et un minimum de métaux alcalins (Na/K).
- Systèmes à gaz : les mélanges argon/hydrogène 6N améliorent la résistivité.
- Equipement : Les pompes moléculaires assurent un vide ultra-élevé (<10⁻⁶ Pa) ; le prétraitement du creuset et la purge à l'azote sont essentiels.
Innovations en matière de traitement des substrats
Par rapport au silicium, les cycles de croissance prolongés du SiC et les contraintes inhérentes (provoquant des fissures/écaillages des bords) nécessitent un traitement avancé :
- Découpe laser : Augmente le rendement de 30 wafers (350 µm, scie à fil) à plus de 50 wafers par boule de 20 mm, avec possibilité d'amincissement de 200 µm. Le temps de traitement passe de 10 à 15 jours (scie à fil) à moins de 20 min/wafer pour les cristaux de 20 cm.
3. Collaborations industrielles
L'équipe Orion de Meta a été pionnière dans l'adoption de guides d'ondes SiC de qualité optique, stimulant ainsi les investissements en R&D. Parmi ses principaux partenariats figurent :
- TankeBlue & MUDI Micro : Développement conjoint de lentilles de guide d'ondes diffractives AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL et Kunyou Optoelectronics : alliance stratégique pour l'intégration de la chaîne d'approvisionnement IA/AR.
Les projections du marché estiment à 500 000 le nombre d'unités de réalité augmentée à base de SiC produites chaque année d'ici 2027, consommant 250 000 substrats de 6 pouces (ou 125 000 de 8 pouces). Cette évolution souligne le rôle transformateur du SiC dans les optiques de réalité augmentée de nouvelle génération.
XKH est spécialisé dans la fourniture de substrats SiC 4H semi-isolants (4H-SEMI) de haute qualité, disponibles dans des diamètres personnalisables allant de 2 à 8 pouces, adaptés aux exigences spécifiques des applications RF, électronique de puissance et optique AR/VR. Nos atouts : un approvisionnement fiable en volume, une personnalisation précise (épaisseur, orientation, état de surface) et un traitement interne complet, de la croissance cristalline au polissage. Outre le 4H-SEMI, nous proposons également des substrats SiC de type 4H-N, 4H/6H-P et 3C, compatibles avec diverses innovations en semi-conducteurs et en optoélectronique.
Date de publication : 08/08/2025