編者按：半導體是未來產(chǎn)業(yè)的核心引擎，是量子科技、人形機器人、腦機接口、AI眼鏡、6G等幾乎所有未來產(chǎn)業(yè)的整機、關(guān)鍵設(shè)備、上游零部件的基礎(chǔ)構(gòu)件。隨著未來產(chǎn)業(yè)成為全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點，芯片的性能指標、創(chuàng)新能力與迭代方向引發(fā)全球關(guān)注。面向未來產(chǎn)業(yè)的“芯”方向、“芯”需求，《中國電子報》開設(shè)“未來之芯”專欄，探討半導體在未來產(chǎn)業(yè)的進階之路。

AR眼鏡被視為AI落地端側(cè)的最佳載體，AI+AR已成大勢所趨。然而，在AI功能持續(xù)融入AR眼鏡的過程中，基于玻璃、樹脂等傳統(tǒng)鏡片基底材料的光波導方案，難以滿足AR及AI眼鏡對更廣視角、更低重量、更長續(xù)航時間的追求。近年來，寬禁帶半導體的代表材料——碳化硅，進入了AR整機廠商的視野。在新能源領(lǐng)域，碳化硅已經(jīng)成為提升能源轉(zhuǎn)換效率和系統(tǒng)功率密度的核心材料。如今，在光學顯示領(lǐng)域，碳化硅被視為破解AR全彩顯示核心瓶頸的“鑰匙”。圍繞碳化硅在AR眼鏡的規(guī)?；瘧?，碳化硅、光波導、AR整機企業(yè)正在協(xié)作開展技術(shù)創(chuàng)新與需求適配。

高折射率、高導熱率，碳化硅破解AR顯示痛點

AR眼鏡追求輕薄形態(tài)的趨勢，使光波導從離軸、棱鏡、自由曲面等諸多光學顯示技術(shù)中脫穎而出，成為AR光學方案的主流。而光波導方案中，又以幾何光波導、衍射光波導兩種技術(shù)路線最為成熟。其中，衍射光波導能將FOV（視場角）做得更大、鏡片做得更薄，從2015年起就陸續(xù)應用于微軟Hololens、Magic Leap one、OPPO Air Glasses等AR或全息眼鏡產(chǎn)品。

然而，AR眼鏡基底材料多為玻璃或樹脂。隨著AR眼鏡全面擁抱AI，功能集成度與顯示品質(zhì)要求不斷提升，玻璃衍射光波導暴露出明顯的局限，包括體積重量偏大以及全彩顯示中的彩虹紋現(xiàn)象等。

2019年，Meta公司的AR眼鏡團隊，將目光投向了寬禁帶半導體材料的代表——碳化硅。

當時，Meta Orion團隊為Meta創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官馬克·扎克伯格演示了AR眼鏡的碳化硅波導方案。時隔6年，Meta光學科學家Pasqual Rivera仍然對那次演示記憶猶新。在Meta于2025年3月發(fā)布的博文中，Rivera提到，佩戴采用玻璃衍射波導方案的AR眼鏡時，仿佛置身于迪斯科舞廳，布滿視野的彩虹紋讓他無法將注意力集中到AR內(nèi)容本身，而戴上碳化硅波導眼鏡的那一刻，他看到了AR眼鏡的另一種可能，“當你換上碳化硅光波導眼鏡，仿佛來到交響樂廳，聆聽靜謐的古典樂章，終于能全身心沉浸在全景體驗中，這徹底改變了游戲規(guī)則?！?/p>

碳化硅波導晶片（來源：Meta官網(wǎng)）

三安光電技術(shù)中心總經(jīng)理王篤祥向《中國電子報》記者表示，碳化硅的高折射率和高導熱率，能夠為AR眼鏡帶來四大優(yōu)勢。

一是實現(xiàn)更大視場角。相比普通樹脂約1.51、高折射率樹脂約1.74、普通玻璃約1.5、高折射率玻璃約1.9的折射率，碳化硅材料折射率可達2.6以上。在光波導結(jié)構(gòu)中，基底材料的折射率越高，AR鏡片能實現(xiàn)的視場角越大。傳統(tǒng)玻璃經(jīng)過三層堆疊后的視場角僅為40度左右，而單層碳化硅鏡片即可實現(xiàn)80度以上視場角。

二是有助于解決彩虹紋問題。彩虹紋指環(huán)境光透過AR波導后，白光變成彩虹光的分光現(xiàn)象，本質(zhì)上是光柵對不同波長（顏色）光的衍射角度差異導致的色散。高折射率的碳化硅可以壓縮光在材料中的有效波長，進而降低光柵周期，增大環(huán)境光的衍射角度，使其超出人眼的觀察范圍，進而解決分光造成的彩虹紋問題。

三是延長穩(wěn)定續(xù)航時間。碳化硅的熱導率（約490W/m·K）遠高于玻璃（約1W/m·K）、樹脂等傳統(tǒng)光學材料，能夠快速傳導光機模塊和計算單元產(chǎn)生的熱量，避免局部溫度過高導致的性能下降或器件損壞，支持高亮度顯示（如5000尼特峰值亮度）和長時間穩(wěn)定運行。

四是簡化散熱設(shè)計。傳統(tǒng)AR眼鏡依賴鏡腿散熱模塊或主動冷卻系統(tǒng)，增加了設(shè)備重量和復雜度。碳化硅的高熱導性允許將散熱功能集成到光波導片本身，通過被動散熱即可滿足需求。此外，碳化硅優(yōu)秀的散熱性能為提升AR眼鏡集成度、配置更多傳感器留出冗余。

Meta Orion眼鏡、肌電信號腕帶和獨立計算單元（來源：Meta官網(wǎng)）

2024年9月，Meta推出其首款AR眼鏡Orion的原型機?；谔蓟璨▽Х桨?，這款AR眼鏡實現(xiàn)了約70度的視場角，是當時AR眼鏡最廣闊的視野范圍，并構(gòu)建了能夠最大限度抑制彩虹紋等雜散光影響的光學堆棧結(jié)構(gòu)，還優(yōu)化了功率與能效表現(xiàn)。Meta Orion的全透明鏡片，使用戶佩戴時仍能清晰地看到他人的眼神與表情，在享受數(shù)字體驗的同時，保持與現(xiàn)實世界的真實聯(lián)結(jié)。

自此，產(chǎn)業(yè)界對于碳化硅的熱情，被徹底點燃。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新蓄勢，上下游適配正當時

雖然碳化硅在功率半導體的應用由來已久，但要作為波導片的基底材料應用于AR眼鏡，還需要全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同支撐。

在2020年7月，Meta團隊將碳化硅波導確定為Orion的最終方案時，就面臨著全球產(chǎn)業(yè)界缺乏“光學級碳化硅制造”設(shè)備與工藝的難點。為此，Meta團隊與晶圓制造企業(yè)共同開發(fā)出適用于規(guī)?；a(chǎn)的斜面蝕刻設(shè)備與工藝，自主搭建了全流程產(chǎn)線，以發(fā)揮碳化硅效能。

中國在光學顯示和寬禁帶半導體領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)布局，為碳化硅在AR顯示的規(guī)模化應用打下堅實基礎(chǔ)。在顯示領(lǐng)域，中國是全球最大的顯示面板生產(chǎn)制造基地和研發(fā)應用地區(qū)；在寬禁帶半導體領(lǐng)域，中國寬禁帶半導體器件規(guī)模穩(wěn)步提升，裝備國產(chǎn)化進一步加速，襯底和晶圓制造產(chǎn)線加快建設(shè)和產(chǎn)能釋放。

在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)高校和企業(yè)，正在圍繞碳化硅波導的設(shè)計、制造、封裝等環(huán)節(jié)，推出更多滿足AR光學需要并具備規(guī)?；慨a(chǎn)可行性的技術(shù)方案。

比如，西湖大學、慕德微納（杭州）科技有限公司團隊于2025年8月發(fā)表在《eLight》論文中，提到了一種“采用碳化硅材料成功研發(fā)出超輕、超薄的衍射光波導”的方案，實現(xiàn)了單層碳化硅衍射光波導的設(shè)計、量產(chǎn)級制造與封裝。

在材料上，該方案選用半絕緣4H-SiC（采用四層六方堆疊結(jié)構(gòu)的碳化硅）作為基底材料；在工藝上，開發(fā)出適用于大規(guī)模生產(chǎn)的納米壓印剝離工藝，實現(xiàn)了圖案在碳化硅晶圓上的高效轉(zhuǎn)?。辉诜庋b上，通過引入超薄封裝工藝，采用硬質(zhì)涂層與抗反射涂層構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)包裹碳化硅波導，有效提升了透光率并保護波導結(jié)構(gòu)。

經(jīng)封裝與激光切割后，最終成型的單片碳化硅波導重量僅3.795克，厚度0.75毫米，相較當前主流衍射光波導在尺寸與重量上實現(xiàn)顯著突破。

同時，本土碳化硅企業(yè)紛紛推出符合AR光學要求的產(chǎn)品，并深化與AR整機廠商的合作。

寬禁帶半導體供應商湖南三安（三安光電的全資子公司），推出了整體性能滿足AR眼鏡制造需求的光學晶片，并有充足的產(chǎn)能儲備，產(chǎn)量持續(xù)爬坡。目前其6英寸及8英寸光學晶片已通過國際頭部客戶認證，并實現(xiàn)小批量出貨，12英寸光學晶片已向客戶送樣驗證。同時，依托三安光電業(yè)界領(lǐng)先的Micro-LED量產(chǎn)能力，湖南三安的SiC襯底可以在AR眼鏡應用領(lǐng)域與Micro-LED形成解決方案協(xié)作，積極推動國產(chǎn)技術(shù)規(guī)?；涞嘏c應用

湖南三安面向AR設(shè)備的光學晶片

碳化硅襯底供應商天科合達與慕德微納出資成立合資公司，在AR衍射光波導鏡片技術(shù)研發(fā)與市場推廣方面展開深度合作。在今年3月的Semicon China 2025，天科合達展示了結(jié)合慕德微納光波導技術(shù)的碳化硅光波導AR眼鏡。

天科合達在Semicon China展出的碳化硅光波導AR眼鏡

面向AR+AI的技術(shù)趨勢，持續(xù)強化產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同適配，已經(jīng)成為碳化硅與AR產(chǎn)業(yè)從業(yè)者的共識。今年9月，工業(yè)和信息化部電子信息司在京組織開展AR眼鏡-碳化硅材料產(chǎn)業(yè)鏈供需對接活動。AR眼鏡整機、光波導、微顯示和碳化硅材料等領(lǐng)域的十余名行業(yè)組織和企業(yè)代表參加。參加人員一致認為，要充分發(fā)揮我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)和市場優(yōu)勢，堅持應用牽引，強化需求導向和問題導向，加強產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同和供需適配，共同推動電子信息制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

王篤祥表示，當前限制碳化硅材料廣泛應用于AR眼鏡的主要原因是碳化硅鏡片成本，而這需要基于產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作和本地化配套來解決。

“8英寸、12英寸碳化硅晶片分別能切削出4副、10副鏡片，相比玻璃和樹脂材質(zhì)，碳化硅鏡片成本高出很多。未來碳化硅晶片應用于AR眼鏡需要大幅度降低成本，碳化硅晶體生長和晶圓加工設(shè)備、原料、輔料等方向都需要國產(chǎn)化，并通過大規(guī)模生產(chǎn)降低成本?！蓖鹾V祥說道。

責任編輯：張心怡