Dans le contexte de la révolution de l'IA, les lunettes de réalité augmentée (RA) s'imposent progressivement dans le grand public. Paradigme qui fusionne harmonieusement les mondes virtuel et réel, les lunettes RA se distinguent des casques de réalité virtuelle (RV) par leur capacité à permettre aux utilisateurs de percevoir simultanément les images projetées numériquement et la lumière ambiante. Pour parvenir à cette double fonctionnalité – projeter des images sur un micro-écran tout en préservant la transmission de la lumière externe – les lunettes RA à base de carbure de silicium (SiC) de qualité optique utilisent une architecture de guide d'ondes (guide de lumière). Cette conception exploite la réflexion totale interne pour transmettre les images, à l'instar de la transmission par fibre optique, comme illustré dans le schéma.
En règle générale, un substrat semi-isolant de haute pureté de 6 pouces permet de réaliser 2 paires de verres, tandis qu'un substrat de 8 pouces peut en accueillir 3 à 4. L'utilisation de matériaux en carbure de silicium (SiC) présente trois avantages essentiels :
- Indice de réfraction exceptionnel (2,7) : Permet un champ de vision en couleur de plus de 80° avec une seule couche de lentille, éliminant les artefacts arc-en-ciel courants dans les conceptions AR conventionnelles.
- Guide d'ondes tricolore (RVB) intégré : remplace les empilements de guides d'ondes multicouches, réduisant ainsi la taille et le poids du dispositif.
- Conductivité thermique supérieure (490 W/m·K) : atténue la dégradation optique induite par l'accumulation de chaleur.
Ces avantages ont engendré une forte demande du marché pour les verres antireflets à base de SiC. Le SiC de qualité optique utilisé est généralement composé de cristaux semi-isolants de haute pureté (HPSI), dont les exigences de préparation rigoureuses contribuent aux coûts élevés actuels. Par conséquent, le développement de substrats en SiC HPSI est crucial.
1. Synthèse de poudre de SiC semi-isolante
La production à l'échelle industrielle utilise principalement la synthèse auto-propagée à haute température (SHS), un procédé exigeant un contrôle méticuleux :
- Matières premières : poudres de carbone/silicium pures 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 afin de minimiser la diffusion des impuretés métalliques.
- Contrôle de l'atmosphère : l'argon de pureté 6N (avec 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 liés à la croissance cristalline
La croissance du SiC par HPSI présente 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 métaux alcalins minimaux (Na/K).
- Systèmes à gaz : les mélanges argon/hydrogène 6N améliorent la résistivité.
- Équipement : Les pompes moléculaires assurent un vide ultra-élevé (<10⁻⁶ Pa) ; le prétraitement du creuset et la purge à l'azote sont essentiels.
2.1 Innovations en matière de traitement des substrats
Comparé au silicium, le SiC, avec ses cycles de croissance prolongés et ses contraintes inhérentes (provoquant des fissures/écaillage des bords), nécessite un traitement avancé :
- Découpe laser : Augmente le rendement de 30 plaquettes (350 µm, scie à fil) à plus de 50 plaquettes par lingot 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 minutes par plaquette pour les cristaux de 8 pouces.
3. Collaborations industrielles
L'équipe Orion de Meta a été pionnière dans l'adoption des guides d'ondes en SiC de qualité optique, stimulant ainsi les investissements en R&D. Parmi ses principaux partenariats :
- TankeBlue et MUDI Micro : Développement conjoint de lentilles à guide d’ondes diffractives AR.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL et Kunyou Optoelectronics : Alliance stratégique pour l’intégration de la chaîne d’approvisionnement IA/RA.
Les projections du marché estiment à 500 000 le nombre d'unités AR à base de SiC produites chaque année d'ici 2027, nécessitant 250 000 substrats de 6 pouces (ou 125 000 de 8 pouces). Cette évolution souligne le rôle déterminant du SiC dans l'optique AR de nouvelle génération.
XKH est spécialisée dans la fourniture de substrats SiC semi-isolants 4H (4H-SEMI) de haute qualité, disponibles en diamètres personnalisables de 2 à 8 pouces, adaptés aux exigences spécifiques des applications RF, de l'électronique de puissance et de l'optique AR/VR. Nos atouts résident dans un approvisionnement fiable en volume, une personnalisation précise (épaisseur, orientation, état de surface) et une maîtrise totale du processus de fabrication, de la croissance cristalline au polissage. Outre les substrats 4H-SEMI, nous proposons également des substrats 4H-N, 4H/6H-P et 3C-SiC, contribuant ainsi à diverses innovations dans les domaines des semi-conducteurs et de l'optoélectronique.
Date de publication : 8 août 2025