Anwendungen von Siliziumkarbid-Optikwellenleitern - -AR-Brillen

Anwendungen von Siliziumkarbid-Wellenleitern in der Optik - - AR-Brillen

 

I. Kerntechnologische Vorteile von Siliziumkarbid (SiC)-Wellenleitern

1. Hoher Brechungsindex und Durchbruch in der optischen Leistung

Siliziumkarbid (SiC)-Wellenleiter bieten einen hohen Brechungsindex von bis zu 2,7 (im Vergleich zu nur 2,0 für Glassubstrate), wodurch die Effizienz der Totalreflexion deutlich erhöht wird. Dies reduziert den Bedarf an mehrschichtigen Wellenleiterstapeln und ermöglicht eine Vollfarb-Anzeige mit einem einschichtigen Wellenleiter. Diese Eigenschaft adressiert effektiv den „Regenbogeneffekt“ in traditionellen Oberflächenreliefgitter (SRG)-Wellenleitern, der durch Variationen der Beugungseffizienz über die Wellenlängen verursacht wird, und senkt gleichzeitig den optischen Verlust — um über 30 % im Vergleich zu glasbasierten Systemen.

 

Fallstudie: Nach der Integration von SiC-Wellenleitern erreichten Metas Orion AR-Brillen eine optische Triebwerkdicke von weniger als 5 mm, eine Gewichtsreduzierung von 40 % und eine Lichtausbeute von 85 %.

2. Thermische Stabilität und mechanische Festigkeit

SiC hat eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit (490 W/m·K), über 100-mal höher als Glas, wodurch die Wärme von Hochleistungs-Lichtquellen in AR-Geräten effizient abgeleitet und thermische Verformungen minimiert werden. Mit einer Mohs-Härte von 9,5 (nur knapp unter Diamant) bietet SiC zudem eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und ist somit ideal für den langfristigen Einsatz in der Unterhaltungselektronik.

3. Kompatibilität mit zukünftigen Technologietrends

SiC unterstützt Ultra-Breitband-Übertragung von Ultraviolett bis mittlerem Infrarot und gewährleistet so die Kompatibilität mit Display-Technologien der nächsten Generation wie Micro-LED und Laser-Scanning. Meta Labs hat seine Leistungsvorteile bereits in holografischen Projektionssystemen validiert.

 

 

Wellenleiter-Substratmaterial	Harz	Glas (inkl. Glas mit hohem Brechungsindex)	Siliziumkarbid (SiC)
Abbildung	Harz	Glas	S
Brechungsindex	1,49–1,6	1,5–1,9	2,7
Optische Bandbreite	Schmal	Mittel	Breit
Wärmeleitfähigkeit	Niedrig	Mittel	Sehr hoch
Korrosionsbeständigkeit	Mittel	Hoch	Sehr hoch
Kosten	Niedrig	Mittel	Hoch
Verarbeitungsaufwand	Einfach	Mittel	Schwierig

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II. Markpotenzialschätzung und wichtige Wachstumstreiber

1. Nachfrageseite: Zunehmende AR-Hardware-Penetration

 

Konsumenten-AR-Expansion: Apples Vision Pro treibt die Branche voran. Bis 2030 wird erwartet, dass die weltweiten AR-Brillen-Auslieferungen 200 Millionen Einheiten erreichen, wobei 30 % SiC-Wellenleiterlösungen einsetzen werden — was 60 Millionen Einheiten entspricht.

 

Unternehmensanwendungen: Industrie und Medizin erhöhen die Nachfrage nach AR-Geräten mit hoher Helligkeit und hoher Temperaturbeständigkeit. SiC-Wellenleiter zeigen klare Vorteile in extremen Umgebungen.

2. Wege zur Kostensenkung

 

Aktuelle Engpässe: Die aktuellen Stückkosten für SiC-Wellenleiter liegen bei etwa 1.000 USD, wobei Materialien (hochreine SiC-Pulver) etwa 40 % ausmachen. Eine geringe Fertigungsausbeute (unter 20 %) führt zu Materialverlustkosten von bis zu 500 USD pro Stück.

 

Kostensenkungsstrategien:

Materialien: Die Massenproduktion von 8-Zoll-SiC-Substraten (erwartet nach 2026) könnte die Rohstoffkosten um 30 % senken.

 

Prozess: Fortschrittliche Techniken wie Femtosekunden-Laser-Schneiden können die Ausbeute auf über 50 % erhöhen.

 

Skalierung: Bestellungen von großen Playern wie Meta und Apple werden die Kapazitätserweiterung vorantreiben. Da die Abschreibungskosten amortisiert werden, wird erwartet, dass die Stückkosten unter 1.000 RMB pro Stück (~140 USD) fallen.

3. Marktgrößenprognose

Konservatives Szenario (2030, 6 Millionen Einheiten): Stückpreis bei 1.000 RMB → Marktgröße von 6 Milliarden RMB.

 

Optimistisches Szenario (30 % Penetration, 10 Millionen Einheiten): Stückpreis bei 1.000 RMB → Marktgröße von 10 Milliarden RMB.

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III. Schlüsselsegmente in der Industriekette und inländische Chancen

1. Substratmaterialien: Strategische Position von Tianyue Advanced

 

Technologische Barrieren: Tianyue hält einen globalen Marktanteil von 14 % (2023) bei semi-isolierenden SiC-Substraten. Das Unternehmen hat die 8-Zoll-Substratproduktion mit einer Versetzungsdichte von weniger als 0,5/cm² vorangetrieben.

 

Kapazitätspläne: Bis 2025 wird die Kapazität für 6-Zoll-SiC-Substrate 500.000 Wafer/Jahr erreichen, und eine 8-Zoll-Pilotlinie wurde in Betrieb genommen, um die AR-Wellenleiterproduktion zu unterstützen.

2. Verarbeitungsausrüstung und -technologie

 

Ätzwerkzeuge: Fortschrittliche ICP-Ätzgeräte von AMEC haben eine Präzision von 5 nm erreicht, geeignet für die Herstellung von Nanogittern auf SiC-Wellenleitern.

 

Verpackungsintegration: Huawei HiSilicon und Sunny Optical entwickeln gemeinsam integrierte Wellenleiter-Sensor-Module, wodurch der optische Kopplungsverlust reduziert wird.

3. Zusammenarbeit im nachgelagerten Ökosystem

Meta-Ökosystem: Die Orion AR-Brillen sollen 2026 in Massenproduktion gehen, wobei SiC-Wellenleiter-Bestellungen bereits bei Tianyue Advanced, Coherent und anderen Lieferanten platziert wurden.

 

Inländischer Ersatz: Chinesische Marken wie Huawei und OPPO beschleunigen die interne Forschung und Entwicklung. Im Jahr 2024 stellte Huawei seinen „StarRing“-AR-Brillen-Prototyp vor, der inländisch produzierte SiC-Wellenleiter verwendet.

 

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