Perche' abbiamo scelto la SiC?
Il 6 marzo, Meta (ex Facebook) ha pubblicato un articolo sul suo sito ufficiale,descrizione del processo e dei vantaggi della scelta del carburo di silicio come materiale di base nello sviluppo della tecnologia di guida d'onda per occhiali AR.
Il team di Meta non ha solo risolto i principali colli di bottiglia quali il campo visivo, il peso e gli artefatti ottici degli occhiali AR attraverso la tecnologia di guida d'onda del carburo di silicio, ma lo vede anche come una"cambiatore di gioco"nell'industria AR, che potrebbe diventare un materiale tradizionale in futuro:
Il team di Meta Orion spiega: perché scegliere la tecnologia SiC
Nel 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.
Occhiali AR - Orion
Pascual Rivera, uno scienziato di Meta-ottica, ricorda: "Quando indossavo occhiali con guide d'onda a base di vetro e pannelli laminati multipli, mi sembrava di essere in una discoteca - c'erano macchie d'arcobaleno ovunque.e l' interferenza era così forte che era impossibile vedere il contenuto ARMa quando metti gli occhiali prototipo concon una lunghezza massima non superiore a 50 mm, è immediatamente come essere in una sala sinfonica ad ascoltare un silenzioso movimento classico, e la tua attenzione è sempre focalizzata sull'esperienza completa che abbiamo costruito.
Tuttavia, mentre la scelta del carburo di silicio come substrato può sembrare ovvia oggi, era tutt'altro che un dato di fatto quando il team Meta Orion si è impegnato nello sviluppo di occhiali AR un decennio fa:
Pascual Rivera ha spiegato che il carburo di silicio è spesso fortemente dopato di azoto, il che lo fa apparire verde o persino nero se è abbastanza spesso.Un materiale del genere non può essere usato per fare lenti ottiche, è essenzialmente elettronico., e il suo colore è strettamente correlato alle sue proprietà elettroniche.
Giuseppe Calafiore, responsabile della tecnologia di guida d'onda di Meta AR, aggiunge che il carburo di silicio ha una lunga storia come materiale applicato, principalmente nell'elettronica ad alta potenza.Tutte le auto elettriche richiedono un chip in grado di sopportare potenze estremamente elevate per azionare le ruote e i sistemi completi del veicoloI tradizionali substrati di silicio non possono soddisfare questa domanda e solo materiali quali il carburo di silicio che consentono una corrente elevata e una potenza elevata possono essere competenti.
Prima che la questione delle energie rinnovabili aumentasse negli ultimi anni, il mercato di tali chip ad alta potenza era molto più piccolo di quello dei chip per l'elettronica di consumo.il prezzo a lungo termine del carburo di silicio è elevato, ma a causa della piccola quantità di substrato per i chip automobilistici, il costo è ancora accettabile e i produttori non hanno la motivazione di ridurre i prezzi.
Ma si scopre che il carburo di silicio ha anche proprietà chiave necessarie perGuida d'onda e ottiche, e il parametro su cui il team Meta Orion è più concentrato è l'indice di rifrazione.L'elevato indice di rifrazione del carburo di silicio significa che può condurre ed estrarre enormi quantità di dati ottici - un'analogia con la larghezza di banda di InternetL'optica segue la stessa logica: maggiore è l'indice di rifrazione di un materiale, maggiore è la sua espansione ottica,e maggiore è la quantità di dati ottici trasmessi attraverso tale canale.
Calafiore ha inoltre spiegato che nel nostro scenario di applicazione, il canale è la guida d'onda, e la maggiore espansione ottica si traduce direttamente in un campo visivo più ampio.Maggiore è l' indice di rifrazione del materiale, maggioreil campo visivoche il display può supportare.
Indice di rifrazione del SiC fino a 2.7: molto più del vetro, del niobato di litio e di altri materiali
Quando Calafiore è entrato per la prima volta in Oculus Research (il laboratorio di ricerca e sviluppo di Meta) nel 2016, il vetro con il più alto indice di rifrazione era solo 1.8 - per raggiungere il campo visivo obiettivo sono stati necessari più strati di vetroA parte gli artefatti ottici, il processo di assemblaggio è estremamente complesso: le prime due guide d'onda devono essere perfettamente allineate e poi l'intero stack deve essere perfettamente abbinato alla terza.
"Non solo questo è costoso, ma è anche ovvio che non c'è modo di inserire tre pezzi di vetro in ogni obiettivo".e lo spessore era ben al di là del limite estetico - nessuno avrebbe comprato tali prodottiQuindi siamo tornati al punto di partenza: cercare di aumentare l'indice di rifrazione del materiale del substrato, riducendo così il numero di lastre di vetro necessarie".
All'inizio, il team di ricerca si è concentrato sul niobato di litio, che ha un indice di rifrazione di circa 2.3, significativamente superiore a quello del vetro 1.8.
Calafiore ha detto che ci siamo resi conto che potevamo semplicemente impilare due tavole, o forse coprire il campo visivo con una sola tavola.Abbiamo iniziato ad esplorare altri materiali - motivo per cui abbiamo trovato un'eccellente trasparenzacarburo di silicio di alta purezzaIn particolare, l'indice di rifrazione del carburo di silicio èfino a due.7, stabilendo un record per le applicazioni ottiche.
Per il gruppo di ricerca questo valore significa che l'indice di rifrazione del carburo di silicio è superiore del 17,4% a quello del niobato di litio e del 50% a quello del vetro."È possibile produrre carburo di silicio trasparente con una piccola modifica delle attrezzature industriali esistentiQuindi abbiamo adattato il processo per controllare rigorosamente i parametri - non ottimizzando più per le proprietà elettroniche, ma concentrandoci sulle proprietà ottiche:metriche di base quali la trasmittanza e l'uniformità dell'indice di rifrazione. "
Risoluzione di problemi quali l'effetto fantasma e l'effetto arcobaleno: la tecnologia SiC finalmente si distingue
All'epoca, il team dei Reality Labs fu il primo a tentare di convertire wafer opachi di carburo di silicio in substrati trasparenti.Il taglio e la lucidatura devono basarsi su strumenti di diamanti., che porta a costi estremamente elevati di ingegneria non ripetitiva e, in ultima analisi, a substrati costosi.
Sebbene ci siano alternative più convenienti ai substrati di carburo di silicio, ci sono vantaggi e svantaggi per qualsiasi tecnologia, e Meta alla fine ha deciso di optare per il carburo di silicio.SilversteinLa ricerca di una soluzione ideale per gli schermi AR ad ampio campo è essenzialmente un gioco diprestazione rispetto al costo, che può essere compresso, ma se le prestazioni non sono all'altezza, il vantaggio in termini di costi è insignificante.
Allo stesso tempo, il campo visivo di Meta Orion è fino a 70 gradi, e nuovi problemi comeEffetto ghost e arcobalenoiniziano ad apparire: ghost è un'immagine ripetuta dell'immagine principale proiettata sul display, e l'effetto arcobaleno è un modello di colore dinamico formato dal riflesso della luce ambientale sulla superficie della guida d'onda.
Per esempio, Silverstein spiega, se stai guidando di notte e i fari si muovono intorno a te come strisce d'arcobaleno, o stai giocando a pallavolo su una spiaggia soleggiata,L' effetto arcobaleno dinamico può farti perdere il tuo colpo.Una delle proprietà magiche del carburo di silicio è che può eliminare completamente questi disturbi.conduttività termicaLe materie plastiche sono scadenti isolanti, così come il vetro e il niobato di litio, ma il carburo di silicio è trasparente come il vetro ed efficiente nella conduzione del calore, sfidando la saggezza convenzionale.
Pertanto, nel luglio 2020, il team di Meta Orion ha selezionato il carburo di silicio in base a tre fattori fondamentali:
Innanzitutto,Ottimizzazione della forma: il substrato a uno strato e la struttura di supporto più piccola riducono notevolmente il volume delle attrezzature;
In secondo luogo,vantaggi ottici: l'elevato indice di rifrazione e l'effetto anti-arcobaleno migliorano la qualità della visualizzazione;
La terza èleggero: rispetto al doppio vetro, il peso è significativamente ridotto.
Meta risolve il problema dell'inclinazione: speriamo che più imprese partecipino alla ricerca e allo sviluppo di SiC di grado ottico
Dopo aver individuato il materiale, l'ostacolo successivo si rivolse alla fabbricazione di guide d'onda, in particolare una tecnica non convenzionale chiamata incisione convecale.
Calafiore ha spiegato: "La griglia è la nanostruttura responsabile dell'accoppiamento della luce dentro e fuori la lente, e per far funzionare il carburo di silicio, la griglia deve essere incisa con una bisella.Le linee incise non sono disposte verticalmente, ma sono distribuiti in un angolo obliquo.
Nihal Mohanty, responsabile della ricerca di Meta, ha aggiunto che sonola prima squadra del mondoIn particolare, la tecnologia di nanoimpronta è stata utilizzata per ottenere l'incisione in pendenza direttamente sul dispositivo, e l'intero settore si è affidato in passato alla tecnologia delle nanoimpronte, ma ciò non può essere applicato ai substrati ad alto indice di rifrazione.Per questo motivo, nessuno aveva considerato l'opzione del carburo di silicio prima.
Nel 2019, Nihar Mohanty e i suoi partner del team hanno costruito congiuntamente una linea di produzione esclusiva, prima della quale, poiché la tecnologia di incisione sul pendio non è matura,La maggior parte dei fornitori di chip e delle fonderie di semiconduttori non dispone di attrezzature pertinentiPertanto, a quel tempo, non esisteva alcuna struttura al mondo che potesse produrre guide d'onda di carburo di silicio inciso, ed era impossibile verificare la fattibilità tecnica al di fuori del laboratorio.
Nihal Mohanty ha inoltre rivelato che si trattava di un grande investimento e hanno costruitola catena di produzione 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, quindi hanno lavorato con i partner di produzione per sviluppare l'attrezzatura e il processo di incisione a guscio di livello di produzione.
Ora che il potenziale del carburo di silicio è stato dimostrato, il team Meta non vede l'ora che il resto dell'industria inizi a sviluppare i propri dispositivi, perché più le aziende investono inCarburo di silicio di grado otticopiù solido sarà l'ecosistema industriale per gli occhiali AR di consumo.
Il percorso della riduzione dei costi e dell'efficienza del SiC è chiaro: risplenderà nel campo degli occhiali AR
Mentre il team di Meta sta ancora esplorando alternative, è emerso un forte consenso: nella giusta finestra di mercato, le persone giuste stanno lavorando insieme per guidare laa base di carbonio di silicioRivoluzione degli occhiali AR.
Silverstein e Giuseppe Calafiore hanno affermato che prima di questo, tutti i produttori di carburo di silicio avevano ampliato significativamente la produzione in preparazione del boom previsto dei veicoli elettrici,e l'attuale situazione di sovraccapacità non esisteva quando Orion era in fase di sviluppoOra, a causa dell'offerta eccessiva, il costo del substrato ha iniziato a scendere.
Il progetto Orion ha dimostrato la fattibilità del carburo di silicio nei vetri AR, e ora c'è un forte interesse da parte delle catene di approvvigionamento in tre continenti, confornitoriInfine, rispetto ai chip elettronici, ogni lente a guida d'onda consuma una quantità maggiore di materiale.e le loro capacità tecniche esistenti possono essere trasferite senza problemi in questo campo, stanno scommettendo su questa opportunità, il carburo di silicio alla fine vincerà.
Inoltre, ci sono già produttori che passano da substrati da 6 pollici a 8 pollici, e ci sono aziende pioniere che sviluppano tecnologie all'avanguardia perSubstrati da 12 pollici- che aumenterà esponenzialmente la capacità di produzione di vetri AR. In futuro, questi sviluppi continueranno a far scendere i costi, e mentre l'industria è ancora agli inizi,l' immagine del futuro sta diventando più chiara.
Calafiore crede che all'inizio di una nuova rivoluzione tecnologica, le persone proveranno sempre più strade, e la tecnologia televisiva ne è un esempio:da tubo a raggi catodici allo schermo a plasma a LEDLa maggior parte dei percorsi nell'esplorazione sono infine falsificati,ma ci sono sempre alcune opzioni che vengono scelte ripetutamente a causa del loro grande potenzialeNon siamo ancora arrivati alla fine, né possiamo combattere da soli, ma il carburo di silicio è senza dubbio un materiale miracoloso degno diinvestimenti pesanti.
Silverstein ha concluso che hanno dimostrato con successo il potenziale di crossover del carburo di silicio in elettronica e fotonica, e il suo futuro potrebbe brillare in settori come il calcolo quantistico.Allo stesso tempo, è apparsa la possibilità di ridurre significativamente il costo del carburo di silicio, sebbene vi siano ancora molte sfide, ma la suaenergia rivoluzionariaè incommensurabile.
ZMSH SIC Wafer 4H-N & Semi Tipo:
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