Por que escolhemos a SiC?
Em 6 de março, a Meta (anteriormente Facebook) publicou um artigo em seu site oficial,descrevendo o processo e as vantagens da escolha do carburo de silício como material principal no desenvolvimento da tecnologia de guia de ondas de óculos AR.
A equipe da Meta não só resolveu os principais gargalos, como o campo de visão, o peso e os artefatos ópticos dos óculos AR através da tecnologia de guia de onda de carburo de silício, mas também a vê como um"Mudança de jogo"na indústria de RA, que pode tornar-se um material convencional no futuro:
A equipe da Meta Orion explica: Por que escolher a tecnologia SiC
Em 2019, 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.
Óculos AR - Orion
Pascual Rivera, cientista da Meta-óptica, lembra: "Quando usava óculos com guias de onda de base de vidro e vários painéis laminados, parecia estar numa discoteca - havia manchas de arco-íris por toda parte,e a interferência era tão forte que era impossível ver o conteúdo ARMas quando se colocam os óculos protótipo comGuia de ondas de carburo de silício, é instantaneamente como estar em um salão sinfônico ouvindo um movimento clássico silencioso, e sua atenção está sempre focada na experiência completa que construímos.
No entanto, embora a escolha do carburo de silício como um substrato possa parecer óbvia hoje, estava longe de ser dada quando a equipe da Meta Orion se embarcou no desenvolvimento de óculos AR há uma década:
Pascual Rivera explicou que o carburo de silício é muitas vezes fortemente dopado com nitrogênio, o que faz com que pareça verde, ou mesmo preto, se for espesso o suficiente.Tal material simplesmente não pode ser usado para fazer lentes ópticas - é essencialmente eletrônico, e sua cor está intimamente relacionada com suas propriedades eletrônicas.
Giuseppe Calafiore, chefe de tecnologia de guia de ondas da Meta AR, acrescenta que o carburo de silício tem uma longa história como material aplicado, principalmente em eletrônicos de alta potência.Todos os carros elétricos requerem um chip que possa suportar uma potência extremamente alta para acionar as rodas e os sistemas completos do veículoOs substratos tradicionais de silício não podem satisfazer esta demanda e só materiais como o carburo de silício que permitem uma corrente e uma potência elevadas podem ser competentes.
Antes de a questão das energias renováveis se ter intensificado nos últimos anos, o mercado de chips de alta potência era muito menor do que o dos chips de electrónica de consumo.O preço a longo prazo do carburo de silício é elevado, mas devido à pequena quantidade de substrato para chips automotivos, o custo continua a ser aceitável e os fabricantes não têm motivação para reduzir os preços.
Mas acontece que o carburo de silício também tem propriedades-chave necessárias paraGuia de ondas e óptica, e o parâmetro em que a equipe Meta Orion está mais focada é o índice de refração.O alto índice de refração do carburo de silício significa que ele pode conduzir e produzir grandes quantidades de dados ópticos - uma analogia com a largura de banda da InternetA óptica segue a mesma lógica: quanto maior o índice de refração de um material, maior a sua expansão óptica.e quanto maior a quantidade de dados ópticos transmitidos através desse canal.
Calafiore explicou ainda que, no nosso cenário de aplicação, o canal é o guia de ondas, e a maior expansão óptica traduz-se directamente num campo de visão mais vasto.Quanto maior o índice de refração do material, quanto maioro campo de visãoque o ecrã pode suportar.
Índice de refração do SiC até 2.7: muito mais do que vidro, niobato de lítio e outros materiais
Quando Calafiore entrou pela primeira vez na Oculus Research (laboratório de pesquisa e desenvolvimento da Meta) em 2016, o maior índice de refração de vidro que tinham era apenas 1.8 - várias camadas de vidro tiveram de ser empilhadas para alcançar o campo de visão alvoOs artefactos ópticos à parte, o processo de montagem é extremamente complexo: os dois primeiros guias de onda devem ser perfeitamente alinhados e, em seguida, toda a pilha deve ser perfeitamente combinada com o terceiro guia de onda.
"Não só é caro, mas também é óbvio que não há como caber três pedaços de vidro em cada lente".e a espessura estava muito além do limite da estética - ninguém compraria tais produtosAssim, voltámos ao ponto inicial: tentar aumentar o índice de refração do material do substrato, reduzindo assim o número de placas de vidro necessárias".
No início, a equipa de investigação concentrou-se primeiro no niobato de lítio, que tem um índice de refração de cerca de 2.3, significativamente superior ao do vidro 1.8.
Calafiore disse que percebemos que podíamos apenas empilhar duas tábuas, ou talvez até cobrir o campo de visão com uma tábua.Em seguida, começámos a explorar outros materiais - por isso encontrámos uma excelente transparênciaCarburo de silício de alta purezaO mais importante é que o índice de refração do carburo de silício éAté dois.7, estabelecendo um recorde para aplicações ópticas.
Para a equipa de investigação, este valor significa que o índice de refração do carburo de silício é 17,4% superior ao do niobato de lítio e 50% superior ao do vidro."É possível preparar carburo de silício transparente com apenas uma pequena modificação dos equipamentos industriais existentesEntão, ajustamos o processo para controlar estritamente os parâmetros - não mais otimizando para propriedades eletrônicas, mas focando em propriedades ópticas:Métricas essenciais, tais como a uniformidade da transmissão e do índice de refração. "
Resolver problemas como o efeito fantasma e o efeito arco-íris: a tecnologia SiC finalmente se destaca
Na época, a equipa do Reality Labs foi a primeira a tentar converter wafers de carburo de silício opaco em substratos transparentes.O seu corte e polir devem depender de ferramentas de diamante, o que leva a custos extremamente elevados de engenharia não repetitiva e, em última análise, substratos caros.
Embora existam alternativas mais econômicas aos substratos de carburo de silício, existem vantagens e desvantagens para qualquer tecnologia, e a Meta finalmente decidiu optar pelo carburo de silício.SilversteinO estudo foi realizado em parceria com o Instituto de Pesquisa em Tecnologia da Informação (IPA) e o Instituto de Pesquisa em Tecnologia (IPA).Performance versus custo, que pode ser comprimido, mas se o desempenho não estiver à altura, a vantagem de custo é insignificante.
Ao mesmo tempo, o campo de visão do Meta Orion é de até 70 graus, e novos problemas comoefeito fantasma e arco-íriscomeçam a aparecer: ghost é uma imagem repetida da imagem principal projetada no ecrã, e o efeito arco-íris é um padrão de cores dinâmicas formado pelo reflexo da luz ambiente na superfície do guia de ondas.
Por exemplo, Silverstein explica, se estiver a conduzir à noite e os faróis se moverem à sua volta como listras de arco-íris, ou a jogar voleibol numa praia ensolarada,O efeito dinâmico do arco-íris pode fazer com que você falhe o tiro.Uma das propriedades mágicas do carburo de silício é que ele pode eliminar completamente estes distúrbios.condutividade térmicaOs plásticos são pobres isoladores, assim como o vidro e o niobato de lítio, mas o carburo de silício é transparente como o vidro e eficiente na condução de calor, desafiando a sabedoria convencional.
Por conseguinte, em julho de 2020, a equipe da Meta Orion selecionou o carburo de silício com base em três fatores fundamentais:
Em primeiro lugar,Optimização de forma: o substrato de uma única camada e a estrutura de suporte mais pequena reduzem muito o volume do equipamento;
Em segundo lugar,vantagens ópticas: o elevado índice de refração e o efeito anti-arco-íris melhoram a qualidade da exibição;
A terceira éLeve: em comparação com o vidro duplo, o peso é significativamente reduzido.
Meta resolve o problema da gravação de inclinação: esperamos que mais empresas participem na pesquisa e desenvolvimento de SiC de grau óptico
Depois de o material ser identificado, o próximo obstáculo foi a fabricação de guias de onda - especificamente, uma técnica não convencional de grades chamada gravura em convexo.
Calafiore explicou: "A grade é a nanoestrutura responsável por acoplar a luz para dentro e para fora da lente, e para que o carburo de silício funcione, a grade deve ser gravada com um bisel.As linhas gravadas não estão dispostas verticalmente, mas são distribuídos em um ângulo oblíquo.
Nihal Mohanty, gerente de pesquisa da Meta, acrescentou que eles estãoa primeira equipa do mundopara conseguir a gravação de inclinação diretamente no dispositivo, e toda a indústria contou com a tecnologia de nanoimpressão no passado, mas isso não pode ser aplicado a substratos de alto índice de refração.Por esta razão, ninguém tinha considerado a opção do carburo de silício antes.
Em 2019, Nihar Mohanty e seus parceiros de equipe construíram conjuntamente uma linha de produção exclusiva, antes da qual, porque a tecnologia de gravação de inclinação não é madura,A maioria dos fornecedores de chips de semicondutores e das fundições não dispõe de equipamentos adequadosPortanto, naquela época, não havia instalações no mundo que pudessem produzir guias de onda de carburo de silício gravados, e era impossível verificar a viabilidade técnica fora do laboratório.
Nihal Mohanty revelou ainda que era um grande investimento e eles construíramA cadeia de produção completa. 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, então eles trabalharam com os parceiros de fabricação para desenvolver o equipamento e processo de gravação de convexo de nível de produção.
Agora que o potencial do carburo de silício foi comprovado, a equipe da Meta está ansiosa para que o resto da indústria comece a desenvolver seus próprios dispositivos, porque mais empresas investem emCarburo de silício de qualidade ópticaQuanto mais robusto for o ecossistema da indústria de óculos AR de consumo, mais robusto será o desenvolvimento de equipamentos e de investigação e desenvolvimento.
O caminho para a redução de custos e eficiência do SiC é claro: brilhará no campo dos óculos AR
Enquanto a equipa da Meta ainda está a explorar alternativas, surgiu um forte consenso: na janela de mercado certa, as pessoas certas estão a trabalhar juntas para impulsionar a evolução do mercado.à base de carbono de silícioRevolução dos óculos AR.
Silverstein e Giuseppe Calafiore disseram que, antes disso, todos os fabricantes de carburo de silício tinham expandido significativamente a produção em preparação para o boom esperado dos veículos elétricos,e a situação actual de excesso de capacidade não existia quando a Orion estava em desenvolvimentoAgora, devido ao excesso de oferta, o custo do substrato começou a cair.
O projecto Orion provou a viabilidade do carburo de silício nos óculos AR e há agora um grande interesse por parte das cadeias de abastecimento em três continentes, comfornecedoresAfinal, em comparação com os chips eletrónicos, cada lente de guia de ondas consome uma maior quantidade de material.e as suas capacidades técnicas existentes podem ser transferidas sem problemas para este campo, eles estão apostando nesta oportunidade, o carburo de silício acabará por ganhar.
Além disso, já existem fabricantes que passam de substratos de 6 polegadas para 8 polegadas e há empresas pioneiras que desenvolvem tecnologias de ponta paraSubstratos de 12 polegadas- o que fará com que a capacidade de produção de óculos AR aumente exponencialmente.A imagem do futuro está a tornar-se mais clara..
Calafiore acredita que no início de qualquer nova revolução tecnológica, as pessoas sempre vão tentar vários caminhos, e a tecnologia da televisão é um exemplo:do tubo de raios catódicos para o ecrã de plasma LEDA maioria dos caminhos na exploração são eventualmente falsificados, e a maioria dos caminhos são falsificados.Mas há sempre algumas opções que são repetidamente escolhidas por causa do seu grande potencial.Ainda não chegámos ao fim, nem podemos lutar sozinhos, mas o carburo de silício é, sem dúvida, um material milagroso digno deinvestimentos pesados.
Silverstein concluiu que eles demonstraram com sucesso o potencial de cruzamento do carburo de silício em eletrônica e fotônica, e seu futuro pode brilhar em áreas como computação quântica.Ao mesmo tempo, a possibilidade de reduzir significativamente o custo do carburo de silício surgiu, embora ainda existam muitos desafios, mas o seuenergia revolucionáriaé imensurável.
ZMSH SIC Wafer 4H-N & Semi Tipo:
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