AI 혁명을 배경으로 AR 안경이 점차 대중의 관심을 받고 있습니다. 가상 세계와 현실 세계를 완벽하게 융합하는 패러다임인 AR 안경은 사용자가 디지털로 투사된 이미지와 주변 환경의 빛을 동시에 인식할 수 있도록 한다는 점에서 VR 기기와 다릅니다. 외부 빛 투과율을 유지하면서 마이크로디스플레이 이미지를 눈에 투사하는 이러한 이중 기능을 구현하기 위해, 광학 등급의 실리콘 카바이드(SiC) 기반 AR 안경은 도파관(Lightguide) 구조를 사용합니다. 이 설계는 광섬유 전송과 유사한 원리를 이용하여 이미지를 전송합니다. 이는 회로도에서 확인할 수 있습니다.
일반적으로 6인치 고순도 반절연 기판 하나로 두 쌍의 안경을 생산할 수 있으며, 8인치 기판은 3~4쌍의 안경을 수용할 수 있습니다. SiC 소재를 채택하면 세 가지 중요한 이점이 있습니다.
- 뛰어난 굴절률(2.7): 단일 렌즈 층으로 80° 이상의 풀 컬러 시야(FOV)를 구현하여 기존 AR 디자인에서 흔히 나타나는 무지개 아티팩트를 제거합니다.
- 통합 3색(RGB) 광파관: 다층 광파관 스택을 대체하여 장치 크기와 무게를 줄입니다.
- 뛰어난 열전도도(490 W/m·K): 열 축적으로 인한 광학적 저하를 완화합니다.
이러한 장점으로 인해 SiC 기반 AR 안경에 대한 시장 수요가 크게 증가했습니다. 일반적으로 사용되는 광학 등급 SiC는 고순도 반절연(HPSI) 결정으로 구성되는데, 엄격한 제조 요건으로 인해 현재 높은 비용이 발생합니다. 따라서 HPSI SiC 기판 개발이 매우 중요합니다.
1. 반절연성 SiC 분말의 합성
산업적 규모 생산은 주로 고온 자체 전파 합성(SHS)을 활용하는데, 이 공정은 세심한 제어가 필요합니다.
- 원자재: 입자 크기가 10~100μm인 99.999% 순수 탄소/실리콘 분말.
- 도가니 순도: 흑연 구성 요소는 고온 정제를 거쳐 금속 불순물 확산을 최소화합니다.
- 분위기 제어: 6N 순도 아르곤(인라인 정제기 사용)이 질소 혼합을 억제합니다. 미량의 HCl/H₂ 가스를 도입하여 붕소 화합물을 휘발시키고 질소를 줄일 수 있지만, 흑연 부식을 방지하기 위해 H₂ 농도를 최적화해야 합니다.
- 장비 표준: 합성로는 엄격한 누출 검사 프로토콜을 통해 <10⁻⁴ Pa 기본 진공을 달성해야 합니다.
2. 결정 성장 과제
HPSI SiC 성장은 유사한 순도 요구 사항을 공유합니다.
- 원료: B/Al/N <10¹⁶ cm⁻³, Fe/Ti/O가 임계값 이하, 최소 알칼리 금속(Na/K)을 함유하는 6N+-순도 SiC 분말.
- 가스 시스템: 6N 아르곤/수소 혼합물은 저항성을 향상시킵니다.
- 장비: 분자 펌프는 초고진공(<10⁻⁶ Pa)을 보장하며, 도가니 전처리 및 질소 퍼징이 중요합니다.
기판 처리 혁신
실리콘에 비해 SiC는 성장 주기가 길고 내재적 응력(균열/가장자리 깨짐 발생)이 있어 고급 처리가 필요합니다.
- 레이저 슬라이싱: 20mm 볼당 웨이퍼 30장(350μm, 와이어 톱)에서 50장 이상으로 수율을 높이고, 200μm 두께의 박막화도 가능합니다. 8인치 크리스털의 경우, 처리 시간이 10~15일(와이어 톱)에서 웨이퍼당 20분 미만으로 단축됩니다.
3. 산업 협력
메타의 오리온 팀은 광학 등급 SiC 도파관 도입을 선도하며 R&D 투자를 촉진해 왔습니다. 주요 파트너십은 다음과 같습니다.
- TankeBlue & MUDI Micro: AR 회절 광파관 렌즈의 공동 개발.
- Jingsheng Mech, Longqi Tech, XREAL, & Kunyou Optoelectronics: AI/AR 공급망 통합을 위한 전략적 제휴.
시장 전망에 따르면 2027년까지 SiC 기반 AR 장비는 연간 50만 대가 생산될 것으로 예상되며, 이는 6인치 기판 25만 개(8인치 기판 12만 5천 개)를 소모할 것으로 예상됩니다. 이러한 추세는 차세대 AR 광학 분야에서 SiC가 차지하는 혁신적인 역할을 강조합니다.
XKH는 RF, 전력 전자, AR/VR 광학 분야의 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞춰 2인치부터 8인치까지 맞춤형 직경을 갖춘 고품질 4H-반절연(4H-SEMI) SiC 기판 공급을 전문으로 합니다. 당사의 강점은 안정적인 대량 공급, 정밀한 맞춤 제작(두께, 방향, 표면 마감), 그리고 결정 성장부터 연마까지 완벽한 자체 공정을 갖추고 있다는 것입니다. 4H-SEMI 외에도 4H-N형, 4H/6H-P형, 3C-SiC 기판을 제공하여 다양한 반도체 및 광전자 혁신을 지원합니다.
게시 시간: 2025년 8월 8일