なぜSiCを選んだのか?
3月6日,Meta (元Facebook) は公式ウェブサイトで記事を公開しました.ARガラス波導技術を開発する際のコア材料としてシリコンカービードを選択するプロセスと利点について説明する..
メタチームは,シリコンカービッド波導技術を通じて,ARメガネの視野,重量,光学アーテファクトなどの主要なボトルネックを解決しただけでなく,"ゲームチェンジャー"AR業界では,将来 主流の素材になる可能性があります.
メタオリオンチームが説明:なぜSiC技術を選ぶのか
2019年には 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.
メタリリースARメガネ - オリオン
メタ光学の科学者 パスカル・リベラは こう思い出す: "ガラスの底の波導体と 複数の層付きのパネルのメガネを 履いていると,まるでディスコにいるような気分でした.ARの内容を見ることは不可能でしたしかし 試作眼鏡をシリコンカービッドの波導体クラシック音楽の静かな楽曲を聴いているような感じで 完全に私たちの作った体験に集中しています 完全にゲームを変えます"
しかし,シリコンカービッドを基材として選択することは,今日では明らかに見えますが,メタオリオンのチームは10年前にARメガネの開発に着手したとき,それは当たり前のこととは程遠いものでした.
パスカル・リベラは シリコン・カービッドはしばしば窒素が多く加わっていて 十分な厚さがあれば緑色や黒色に見えます と説明しましたこのような素材は 光学レンズを作るのに 使えないのです 基本的に電子ですその色は電子特性と密接に関連しています
メタ AR の 波導技術 部門 の 責任 者 ジュゼッペ ・ カラフィオレ は,シリコン カービッド は,主に 高性能 電子 機器 に 用いる 材料 の 長い 歴史 を 持っ て い ます.例えば 電動 車 を 例 に 挙げ て ください.すべての電気自動車は,車輪と車体のシステム全体を動かすために非常に高い電力を耐えることができるチップを必要とします伝統的なシリコン基板は,この需要を満たすことはできず,高電流と高電力を通すシリコンカーバイドのような材料のみが適しています.
近年,再生可能エネルギー問題が激化する前に,このような高電力チップの市場は,消費者電子チップよりもはるかに小さかった.シリコンカービッドの長期価格は高いしかし,自動車チップ用の基板の量が少ないため,コストは依然として許容可能であり,製造者は価格を下げる動機がない.
しかし,シリコンカービッドには,波導体と光学メタオリオンのチームは折りたたみの指数に集中していますシリコン・カービッドの高い屈折率は,膨大な量の光学データを導いて出力することを意味します. インターネットの帯域幅に似ています.: 帯域幅が大きいほど,チャンネル内ではより多くのデータが送信できます. 光学は同じ論理に従います. 材料の屈折率が高くなるほど,光学膨張が大きくなります.そして,そのチャネルを通過する光学データの量は大きいほど.
カラフィオレはさらに説明しました 私たちの応用シナリオでは チャンネルが波導体で 大きい光学拡張がより広い視野に直接変換されます材料の屈折率が高くなるほど大きければ大きい視野画面がサポートできるものです
SiC屈折率は2まで7: ガラス,リチウムニオバート,その他の材料よりもはるかに多い
2016年にOculus Research (METAの研究開発ラボ) に加わったとき 最高屈折率グラスは1でした8 - 目的の視野を達成するために複数の層のガラスを積み重ねなければならない光学装置を別にすると,組み立てプロセスは非常に複雑です.最初の2つの波導体は完璧に並べられ,それからすべてのスタックが第三の波導体に完璧にマッチする必要があります.
カラフィオレは"このレンズには 3つのガラス片が 収まるわけにはいきません.厚さは美学的な限界をはるかに超えていた - 誰もそのような製品を買うつもりはありません基板材料の屈折率を増やし 必要なガラスプレートの数を減らそうとしました"
研究チームは当初,リチウムニオバートに注目しました リチウムニオバートの屈折率は約2です3ガラスの1よりかなり高い8.
カラフィオレは2つのボードを並べたり 一つのボードで視野を覆うこともできると言いました他の材料を探り始めました高純度シリコンカービード2019年にサプライヤーとの我々の仕事において. さらに重要なのは,シリコンカービッドの屈折率は,2まで上がる7光学用アプリケーションの記録を確立しました
研究チームにとって,この値は,シリコンカービッドの屈折率がリチウムニオバートより17.4%高く,ガラスより50%高いことを意味します.既存の工業機器のわずかな改変だけで透明性のあるシリコンカービッドを製造することが可能である電子特性の最適化ではなく 光学特性に焦点を当てました伝達性や屈折率の均一性などの基本指標. "
幽霊化や虹の効果などの問題を解決する - SiC技術がついに注目される
透明性のないシリコンカービッドを 透明な基質に変換した最初の研究チームでした切断と磨きには ダイヤモンドの道具が必要です繰り返さない工学のコストが非常に高く,最終的には高価な基板になります.
シリコンカービッド基板に費用対効果の高い代替品があるものの,あらゆる技術には利点とデメリットがあり,メタは最終的にシリコンカービッドを選択しました.シルバースタイン広範囲のARディスプレイのための理想的なソリューションを見つけることは本質的に性能対コスト圧縮される可能性がありますが,性能が基準に合わなければ,コストメリットは無意味です.
メタオリオンの視野は 70度までありゴーストと虹の効果GHOSTはディスプレイに投影されたメイン画像の繰り返しの画像で,レインボー効果は,波導体の表面に周囲の光の反射によって形成される動的色パターンです.
例えば シルバースタインは 夜中に車を運転している時 虹のストライプのように ライトが周りを動き回ったり 晴れたビーチでバレーボールをしているときダイナミック・レインボー・エフェクトは ショットを逃す可能性がありますシリコンカービッドの特性の1つは,これらの障害を完全に排除することがあります.熱伝導性プラスチックはガラスやリチウムニオバートと同様に 低温隔熱剤ですが シリコンカービードはガラスのように透明で 熱を効率よく伝導します
したがって,2020年7月,Meta Orionチームは3つの主要な要因に基づいてシリコンカービードを選択しました.
まず形状の最適化: 単層基板とより小さなサポート構造により,機器の容量が大幅に減少します.
2つ目は光学上の利点: 高屈折率と虹の反対効果が表示品質を向上させる
3つ目は軽量: 双面ガラスシステムと比較して重量は著しく減少します.
メタは斜面エッチングの問題を解決します: 光学グレードのSiCの研究開発により多くの企業が参加することを望みます
材料が特定された後 次の障害は波導体の製造に変わりました 具体的には,コンベールエッチングと呼ばれる 非従来の格子技術です
カラフィオレはこう説明しました "光線をレンズ内外に 結合させるのは ナノ構造で カービッドが機能するためには 格子に カービッドが刻まれなければなりません刻まれた線は垂直に配置されていません斜角で分布している.
メタの研究責任者 ニハル・モハンティは世界初のチーム傾斜エッチングをデバイスに直接着用するために 業界全体が過去にナノインプリント技術に頼っていましたが これは高屈折率基板には適用できませんこの理由からシリコンカービッドの選択肢は 誰も考えていなかった
2019年にニハール・モハンティと彼のチームパートナーは 独占的な生産ラインを共同で構築しましたほとんどの半導体チップサプライヤーと鋳造工場は適切な設備がないそのため,当時,世界には 刻印されたシリコンカービッドの波導体を 生産できる施設はありませんでした. そして,実験室の外で技術的可行性を検証することは不可能でした.
大規模な投資だと明らかにしました完全な生産チェーン. 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製造パートナーと協力して 生産グレードのベーブルエッチング機器とプロセスを開発しました
メタチームは他の業界が 独自の装置を開発するのを楽しみにしています 企業が投資するほど光学性シリコンカービード消費者のAR眼鏡の産業エコシステムがより堅牢になるほど
SiCのコスト削減と効率化への道は明らかです. ARメガネの分野で輝きます.
適切な市場環境において,適切な人材が協力してシリコン・カーボンベースARメガネ革命
シルバースタインとジューゼッペ・カラフィオレは,それ以前,すべてのシリコンカービッドメーカーが予想される電気自動車ブームの準備のために生産を大幅に拡大したと述べた.そして現在の過剰生産能力は Orion が開発中だった頃には存在しなかった供給過剰のため 基材の価格は下がり始めています
ARガラスにおけるシリコンカービッドの有効性を証明した.供給者電子チップと比較して,各波導体レンズは より多くの材料を消費します.この分野にシームレスに転送することができます.この機会に賭けています シリコンカービッドが最終的に勝利します
6インチから8インチの基板に移行し,最先端技術を開発する先駆的な企業もいます.12インチの基板ARグラスの生産能力が指数関数的に増加する.この発展は将来もコストを低下させ続け,この産業はまだ初期段階にあるが,未来のイメージは より明確になっています.
カラフィオレは,新しい技術革命の始まりには,人々は常に複数の道を試すだろうと考えており,テレビ技術はその一例です:カソード線管からLEDプラズマスクリーンへ探査の多くの経路は最終的に偽造されます. 探査の多くの経路は,しかし,常にいくつかの選択肢があります. その可能性が大きいので,繰り返し選択されます.シリコンカルビッドは間違いなく 奇跡的な材料です重大な投資.
シルバースタインは 電子や光子学におけるシリコンカービッドのクロスオーバーの可能性を 成功裏に実証し 量子コンピューティングなどの分野での将来が 明るいかもしれないと結論付けました同時にシリコンカービッドのコストを大幅に削減する可能性が明らかになりました.革命的なエネルギー計り知れないものです
ZMSH SIC ウェーファー 4H-N & 半型:
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