Meta: ¿Por qué elegimos SIC?
El 6 de marzo, Meta (anteriormente Facebook) publicó un artículo en su sitio web oficial, que describe el proceso y las ventajas de elegir el carburo de silicio como el material central al desarrollar la tecnología de guías de gafas AR.
El Meta Team no solo ha resuelto cuellos de botella clave, como el campo de visión, el peso y los artefactos ópticos de las gafas AR a través de la tecnología de guía de onda de carburo de silicio, sino que también lo ve como un"Cambiador de juego"En la industria de AR, que puede convertirse en un material convencional en el futuro:
El equipo de Meta Orion explica: ¿Por qué elegir la tecnología sic?
En 2019, el equipo de Orion preparó a Meta Fundador y CEO Mark Zuckerberg para una demostración fundamental de la posible tecnología de guía de onda para las gafas de realidad aumentada, el momento en que los cálculos teóricos sobre el papel se hicieron realidad por primera vez y revolucionaron la trayectoria del desarrollo posterior.
Gafas AR meta liberadas -orion
Pascual Rivera, una científica meta -óptica, recuerda: "Cuando usaba anteojos con guías de onda de base de vidrio y múltiples paneles laminados, se sentía como estar en una discoteca, había manchas de arco iris en todas partes, y la interferencia era tan fuerte que era imposible ver el contenido de AR. Pero cuando se pusiste los vasos prototipo conguías de onda de carburo de silicio, es instantáneamente como estar en un salón sinfónico escuchando un movimiento clásico tranquilo, y su atención siempre se centra en la experiencia completa que hemos construido. Es un cambio de juego total ".
Sin embargo, si bien la elección del carburo de silicio como sustrato puede parecer obvia hoy, estaba lejos de ser un hecho cuando el equipo de Meta Orion se embarcó en el desarrollo de las gafas AR hace una década:
Pascual Rivera explicó que el carburo de silicio a menudo está muy dopado con nitrógeno, lo que lo hace parecer verde o incluso negro si es lo suficientemente grueso. Tal material simplemente no se puede usar para hacer que la lente óptica-IT es esencialmente electrónica, y su color está estrechamente relacionado con sus propiedades electrónicas.
Giuseppe Calafiore, jefe de tecnología de guía de onda en Meta AR, agrega que el carburo de silicio tiene una larga historia como material aplicado, principalmente en electrónica de alta potencia. Tome autos eléctricos, por ejemplo: todos los automóviles eléctricos requieren un chip que pueda soportar una potencia extremadamente alta para conducir las ruedas y completar los sistemas de vehículos. Los sustratos de silicio tradicionales no pueden satisfacer esta demanda, y solo los materiales como el carburo de silicio que permiten una alta potencia de alta corriente y alta potencia pueden ser competentes.
Antes de que el problema de energía renovable se calentara en los últimos años, el mercado de tales chips de alta potencia era mucho más pequeño que para los chips electrónicos de consumo. Además, el precio a largo plazo del carburo de silicio es alto, pero debido a la pequeña cantidad de sustrato para chips automotrices, el costo aún es aceptable y los fabricantes carecen de la motivación para reducir los precios.
Pero resulta que el carburo de silicio también tiene propiedades clave necesarias paraGuías de ondas y óptica, y el parámetro en el que el equipo de Meta Orion está más enfocado es el índice de refracción. El alto índice de refracción del carburo de silicio significa que puede realizar y generar grandes cantidades de datos ópticos, una analogía con el ancho de banda de Internet: cuanto mayor sea el ancho de banda, más datos se pueden transmitir dentro del canal. Las ópticas siguen la misma lógica: cuanto mayor sea el índice de refracción de un material, mayor es la expansión óptica y mayor será la cantidad de datos ópticos transmitidos a través de ese canal.
Calafiore explicó además que en nuestro escenario de aplicación, el canal es la guía de onda, y la mayor expansión óptica se traduce directamente en un campo de visión más amplio. Cuanto mayor sea el índice de refracción del material, mayorel campo de visiónque la pantalla puede admitir.
Índice de refracción SIC hasta 2.7: mucho más que vidrio, litio niobato y otros materiales
Cuando Calafiore se unió por primera vez a Oculus Research (Meta's Research and Development Lab) en 2016, el vaso de índice de refracción más alto que tenían era solo 1.8 - múltiples capas de vidrio tuvieron que apilarse para lograr el campo de visión objetivo. Dejando a un lado los artefactos ópticos, el proceso de ensamblaje es extremadamente complejo: las dos primeras guías de onda deben estar perfectamente alineadas, y luego toda la pila debe coincidir perfectamente con la tercera guía de onda.
"No solo es esto caro, sino que también es obvio que no hay forma de que puedas colocar tres piezas de vidrio en cada lente". Calafiore recordó: "Eran demasiado pesados, y el grosor estaba mucho más allá del límite de la estética: nadie compraría dichos productos. Así que volvimos al punto de partida: tratando de aumentar el índice de refracción del material del sustrato, reduciendo así la cantidad de placas de vidrio requeridas".
Al principio, el equipo de investigación se centró primero en el niobato de litio, que tiene un índice de refracción de aproximadamente 2.3, significativamente más alto que el 1.8 de Glass.
Calafiore dijo que nos dimos cuenta de que podríamos apilar dos tablas, o tal vez incluso cubrir el campo de visión con un tablero. Al mismo tiempo, comenzamos a explorar otros materiales, por lo que encontramos una excelente transparencia encarburo de silicio de alta purezaen nuestro trabajo con proveedores en 2019. Más importante aún, el índice de refracción del carburo de silicio estan alto como 2.7, Establecer un registro de aplicaciones ópticas.
Para el equipo de investigación, este valor significa que el índice de refracción del carburo de silicio es 17.4% más alto que el del niobato de litio y un 50% más alto que el del vidrio. Calafiore explicó: "Es posible preparar el carburo de silicio transparente con solo una pequeña modificación de los equipos industriales existentes. Por lo tanto, ajustamos el proceso para controlar estrictamente los parámetros, ya no optimizamos para las propiedades electrónicas, sino centrándonos en las propiedades ópticas: métricas centrales como la transmitancia y la uniformidad del índice de refracción".
Resolver problemas como el fantasma y el efecto del arco iris: la tecnología SIC finalmente se destaca
En ese momento, el equipo de Reality Labs fue el primero en intentar convertir las obleas opacas de carburo de silicio en sustratos transparentes. Debido a que el carburo de silicio es uno de los materiales más difíciles conocidos, su corte y pulido debe depender de las herramientas de diamantes, lo que conduce a costos extremadamente altos de ingeniería no repetitiva y, en última instancia, sustratos caros.
Aunque hay alternativas más rentables a los sustratos de carburo de silicio, hay ventajas y desventajas para cualquier tecnología, y Meta finalmente decidió ir con el carburo de silicio. Silverstein, director científico de meta investigación, explicó que encontrar la solución ideal para las pantallas AR de campo ancho es esencialmente un juego derendimiento versus costo, que puede comprimirse, pero si el rendimiento no está a la altura, la ventaja de costo no tiene sentido.
Al mismo tiempo, el campo de visión del Meta Orion es de hasta 70 grados, y nuevos problemas comoefecto gghost y arcoirisComience a aparecer: GGHost es una imagen repetida de la imagen principal proyectada en la pantalla, y el efecto del arco iris es un patrón de color dinámico formado por el reflejo de la luz ambiental en la superficie de la guía de onda.
Por ejemplo, Silverstein explica que si conduce por la noche y los faros se mueven a su alrededor como rayas de arco iris, o jugando voleibol en una playa soleada, el efecto dinámico del arco iris puede hacer que se pierda su tiro. Una de las propiedades mágicas del carburo de silicio es que puede eliminar por completo estas perturbaciones. Otra ventaja única del carburo de silicio es suconductividad térmica. Los plásticos son aislantes pobres, al igual que el vidrio y el niobato de litio, pero el carburo de silicio es transparente como vidrio y eficiente para realizar el calor, desafía la sabiduría convencional.
Por lo tanto, en julio de 2020, el equipo de Meta Orion seleccionó el carburo de silicio basado en tres factores centrales:
Primero,optimización de forma: El sustrato de una sola capa y la estructura de soporte más pequeña reducen en gran medida el volumen de equipos;
Segundo,ventajas ópticas: Alto índice de refracción y efecto anti-Rainbow mejoran la calidad de la pantalla;
El tercero esligero: En comparación con el esquema de doble vidrio, el peso se reduce significativamente.
Meta resuelve el problema del grabado de la pendiente: esperamos que más empresas participen en la investigación y el desarrollo de SIC de grado óptico
Después de identificar el material, el siguiente obstáculo se convirtió en la fabricación de guías de onda, específicamente, una técnica de rejilla no convencional llamada grabado en bisel.
Calafiore explicó: "La rejilla es la nanoestructura responsable del acoplamiento de la luz dentro y fuera de la lente, y para que el carburo de silicio funcione, la rejilla debe grabarse con un bisel. Las líneas grabadas no están dispuestas verticalmente, sino que se distribuyen en un ángulo oblicuo.
Nihal Mohanty, gerente de investigación de Meta, agregó que sonel primer equipo del mundoPara lograr el grabado de pendiente directamente en el dispositivo, y toda la industria se ha basado en la tecnología de nanoimpresión en el pasado, pero esto no puede aplicarse a sustratos de índice de refracción altos. Por esta razón, nadie había considerado la opción de carburo de silicio antes.
En 2019, Nihar Mohanty y sus socios de equipo construyeron conjuntamente una línea de producción exclusiva, antes de lo cual, debido a que la tecnología de grabado de pendiente no es madura, la mayoría de los proveedores de chips y fundiciones de semiconductores carecen de equipos relevantes. Por lo tanto, en ese momento, no había una instalación en el mundo que pudiera producir guías de ondas de carburo de silicio grabadas, y era imposible verificar la viabilidad técnica fuera del laboratorio.
Nihal Mohanty reveló además que era una inversión importante y construyeronla cadena de producción completa. El equipo de procesamiento fue personalizado por los socios y el proceso fue desarrollado por Meta mismo, inicialmente el equipo solo estaba a la altura de los estándares de grado de investigación porque no había un sistema de grado de fabricación en ese momento, por lo que luego trabajaron con los socios de fabricación para desarrollar el equipo y el proceso de grabado de bisel de grado de producción.
Ahora que se ha demostrado el potencial del carburo de silicio, el Meta Team espera que el resto de la industria comience a desarrollar sus propios dispositivos, porque más empresas invierten encarburo de silicio de grado ópticoInvestigación y desarrollo y desarrollo de equipos, más robusto será el ecosistema de la industria para las gafas AR de consumo.
La reducción de costos de SIC y la ruta de eficiencia es clara: brillará en el campo de las gafas AR
Si bien el Meta Team todavía está explorando alternativas, ha surgido un fuerte consenso: en la ventana del mercado correcta, las personas adecuadas están trabajando juntas para impulsar elbasado en el carbono de silicioAR Glasses Revolution.
Silverstein y Giuseppe Calafiore dijeron que antes de esto, todos los fabricantes de carburo de silicio habían expandido significativamente la producción en preparación para el auge esperado del vehículo eléctrico, y la situación de sobrecapacidad actual no existía cuando Orion estaba en desarrollo. Ahora, debido al exceso de oferta, el costo del sustrato ha comenzado a caer.
El proyecto Orion demostró la viabilidad del carburo de silicio en las gafas AR, y ahora hay un gran interés por las cadenas de suministro en tres continentes, conproveedorEmocionado por las nuevas oportunidades para fabricar carburo de silicio de grado óptico. Después de todo, en comparación con los chips electrónicos, cada lente de guía de ondas consume una mayor cantidad de material, y sus capacidades técnicas existentes pueden transferirse sin problemas a este campo, están apostando por esta oportunidad, el carburo de silicio eventualmente ganará.
Además, ya hay fabricantes que cambian de sustratos de 6 pulgadas a 8 pulgadas, y hay compañías pioneras que desarrollan tecnologías de vanguardia paraSustratos de 12 pulgadas- Lo que hará que la capacidad de producción de anteojos AR aumente exponencialmente. En el futuro, estos desarrollos continuarán impulsando los costos hacia abajo, y aunque la industria aún está en sus primeras etapas, la imagen del futuro se está volviendo más clara.
Calafiore cree que al comienzo de cualquier nueva revolución tecnológica, las personas siempre intentarán múltiples caminos, y la tecnología de televisión es un ejemplo: desde el tubo de rayos de cátodo hasta la pantalla de plasma LED, y ahora microled, hemos pasado por múltiples iteraciones de la arquitectura tecnológica. La mayoría de los caminos en la exploración finalmente se falsifican, pero siempre hay algunas opciones que se eligen repetidamente debido a su gran potencial. Todavía no hemos llegado al final, ni podemos pelear solos, pero el carburo de silicio es sin duda un material milagroso digno deinversión pesada.
Silverstein concluyó que han demostrado con éxito el potencial de cruce del carburo de silicio en electrónica y fotónica, y su futuro puede brillar en áreas como la computación cuántica. Al mismo tiempo, ha aparecido la posibilidad de reducir significativamente el costo del carburo de silicio, aunque todavía hay muchos desafíos, pero susEnergía revolucionariaes inconmensurable.
ZMSH SIC WAFER 4H-N & SEMI TIPO:
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