碳化硅材料凭借其高导热性显著简化了AR眼镜的散热设计，进而推动设备向轻量化发展。传统AR眼镜通常依赖镜腿散热模块或主动冷却系统，这不仅增加了设备的重量，也使其结构更为复杂。而碳化硅优异的热导性能使得散热功能可直接集成于光波导片之中，仅通过被动散热即可满足需求。此外，其出色的散热性能为提升AR眼镜的集成度、容纳更多传感器预留了空间。
随着增强现实（AR）技术的快速发展，智能眼镜作为AR的关键载体，正从概念逐渐走向实用。然而，智能眼镜的大规模应用仍面临多项技术挑战，尤其在显示技术、重量控制、散热能力和光学性能等方面。近年来，碳化硅（SiC）作为一种先进材料，已在功率半导体领域广泛应用，并开始进入AR眼镜领域。碳化硅具备高折射率、优异的散热性能和高硬度等特性，在AR眼镜的显示技术、轻量化设计与散热管理方面展现出重要潜力。
行业动态
碳化硅是一种宽带隙半导体材料，具有高硬度、高导热性和高折射率等优异特性，使其在电子器件、光学元件和热管理领域具备广泛的应用前景。在智能眼镜领域，碳化硅的优势主要体现在以下方面：
· 高折射率：碳化硅的折射率超过2.6，远高于树脂（1.51–1.74）和玻璃（1.5–1.9）等传统材料。高折射率能更有效地约束光传播，减少光能损失，从而提高显示亮度与视场角。例如，Meta公司的Orion AR眼镜采用碳化硅波导技术，实现了70度的视场角，大幅超越传统玻璃材料约40度的水平。
· 卓越的散热性能：碳化硅的导热系数比普通玻璃高数百倍，能迅速传导热量。散热对AR眼镜至关重要，尤其是在高亮度显示与长时间使用场景下。碳化硅镜片可快速传递光学元件产生的热量，从而提升设备稳定性与使用寿命。
· 高硬度与耐磨性：碳化硅是仅次于钻石的最硬材料之一，使得镜片具备更强的耐磨性，更适合日常使用。相比之下，玻璃与树脂材料更易刮花，影响用户体验。
· 消除彩虹效应：传统AR眼镜中的玻璃材料易因环境光在波导表面反射产生彩虹效应，形成动态彩色光斑。碳化硅可通过优化光栅结构有效避免该问题，从而提升显示质量。
全球范围内，AR眼镜用碳化硅的主要生产商包括Wolfspeed、SK Siltron、天科合达、山西烁科、天岳先进等。
碳化硅因其高折射率、良好导热性和机械强度，正成为AR眼镜的关键材料选项，尤其适用于微型LED显示器与碳化硅波导。尽管目前多数供应商仍聚焦于电源与射频市场，而非直接面向AR产品。
· Wolfspeed作为行业领先的生产商之一，拥有大规模的150毫米和200毫米4H-SiC晶圆与外延生产线，并运营着全球最大的200毫米碳化硅晶圆厂。其材料业务提供高质量导电与外延用晶圆，也可支持AR设备所需的新兴光电与微显示应用。
· SK Siltron通过其美国公司SK Siltron CSS，已量产100毫米和150毫米SiC晶圆，并宣布了相应的投资与长期供应计划，协助客户从150毫米向200毫米晶圆过渡，为AR显示器制造商大规模采用SiC衬底奠定产能与尺寸基础。
· 天科合达作为国内最早且规模最大的SiC衬底供应商之一，产品已从4英寸晶圆小批量生产发展至6英寸批量生产，并正在开发8英寸导电衬底。该公司指出，从4英寸向6英寸乃至8英寸晶圆的过渡能显著降低成本，这对SiC在消费电子领域保持成本竞争力至关重要。
· 山西烁科晶体有限公司是国内从事第三代半导体材料碳化硅生产和研发的领军企业。烁科晶体在国内率先实现碳化硅材料产业链供应链自主可控，成功突破4、6、8英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底技术攻关。其12英寸高纯半绝缘碳化硅衬底将发挥光学性能优势，为碳化硅刻蚀光波导的量产制造提供坚实的物质基础。2025年4月3日，广纳四维、烁科晶体与国纳智造正式签署战略合作协议，共同推动碳化硅刻蚀衍射光波导产品的研发与量产。
· 天岳先进是国内另一家专注于高品质4H-SiC衬底的主要生产商，已提供厚度与表面规格严格的6英寸和8英寸n型外延级晶圆。尽管其公开信息多集中于功率与微电子领域，但其大尺寸外延级晶圆的供应，对面向AR波导与微显示平台的半绝缘与光学级SiC开发同样具有重要意义。
市场趋势与驱动因素
用于AR眼镜的碳化硅市场尚未如电力电子领域那样成熟，但正基于相同材料基础新兴发展。目前，大多数碳化硅生产面向电动汽车、快速充电器、工业系统、射频器件及LED等领域。然而，碳化硅所具备的高折射率、强导热性、机械强度以及对高亮度微型LED与先进光电器件的支持能力，也使其在AR设备中极具吸引力，特别是在微显示器背板、高亮度发射器以及某些光波导或耦合结构中。
随着碳化硅晶圆尺寸从4英寸向6英寸、8英寸发展，缺陷密度降低、外延质量提高，其成本与性能的平衡将更适用于紧凑型消费电子设备，包括AR眼镜。因此，AR眼镜用碳化硅市场的发展不仅由AR自身需求推动，更得益于电动汽车、电网及高性能LED等领域技术进步的溢出效应，这些进步为AR专用产品的发展提供了基础平台。
主要市场趋势之一是推动近眼系统采用更高亮度、更小像素的微型显示屏。AR眼镜需要紧凑、高亮、节能且轻薄的显示方案，以在日光或户外环境下保持清晰可视。微型LED技术因具备高亮度、快速响应与长寿命等优势，被视为理想选择。碳化硅因其优异的导热性与高功率密度耐受性，已成为高功率、高亮度LED产品的重要衬底与散热材料。
随着微型LED像素尺寸缩小、亮度提升，碳化硅的热管理与机械性能显得愈发关键。主流功率与射频市场的需求推动了碳化硅晶圆、外延工艺及表面质量的提升，也使其成为高端微型LED或AR光电结构的理想平台。
另一重要趋势是碳化硅晶圆直径的增大与全球产能的提升。Wolfspeed、SK Siltron、天科合达与天岳先进等制造商正投资150毫米和200毫米碳化硅晶圆产线，部分已投产200毫米生产线，其他则在开发8英寸（200毫米）导电与半绝缘衬底。
更大尺寸的晶圆降低了单位面积成本，支持在标准半导体产线进行大规模标准化加工。对需达到消费级产量并严格控制成本的AR眼镜而言，在6英寸或8英寸碳化硅晶圆上加工光电芯片或波导结构的能力是关键推动因素。这一驱动不仅来自AR本身，也源于电动汽车与工业电力电子领域的广泛需求，使相关投资具备规模效应。AR设备制造商可借助更优的晶圆经济性与成熟供应链，无需建立独立的专用碳化硅生态系统。
此外，AR眼镜作为可穿戴设备，对热学与机械性能提出了更高要求。近眼显示器与波导需保持轻薄，同时耐受局部发热、跌落弯曲，并长期保持光学稳定。碳化硅的高导热性、高硬度与良好化学稳定性，有助于在严苛条件下维持性能。在微显示器或光学耦合结构直接构建于碳化硅衬底的设计中，该材料可同时作为光学与热学骨架，辅助散热并保持器件对准精度与表面质量。这对企业级、工业级及国防等专业AR设备尤为重要，可靠性与耐用性成为材料选择的关键驱动因素。
随着AR眼镜逐步从消费电子转向日常工作工具，其在仓储物流、现场服务、制造、医疗培训与远程维护等领域的应用日益广泛。在这些场景中，于真实环境中叠加清晰、明亮的信息至关重要，从而对显示屏的亮度、对比度及户外可读性提出了更高要求。碳化硅在支持高亮度发射器及高折射率光学元件方面的作用因此更加凸显，推动相关研发持续深入。
最后，供应链多元化与区域技术发展战略也成为重要驱动因素。许多国家和地区将碳化硅视为电动汽车、电网与下一代通信的战略技术，并通过投资、补贴与产业政策支持本地碳化硅生态建设。随着该生态日趋成熟，企业自然会寻求超越标准电力电子的高价值差异化应用，AR眼镜正是其中之一。因此，AR眼镜中碳化硅的应用既受AR设备需求拉动，也受益于更广泛的碳化硅技术战略投资。
总体而言，AR眼镜用碳化硅有望在更大的碳化硅生态中发展成为一个细分市场，既受益于电动汽车与工业电力推动的成本下降、质量提升与产能扩张，也受AR显示系统特定热学、光学与机械性能要求的牵引。
挑战与展望
尽管碳化硅在AR眼镜领域展现出巨大潜力，其应用仍面临诸多挑战。目前，由于碳化硅生长速度慢、加工难度大，材料成本较高。例如，Meta公司Orion AR眼镜的单片碳化硅镜片成本高达1000美元，难以适应消费级市场需求。然而，随着电动汽车行业的快速发展，碳化硅成本正逐步下降。此外，大尺寸基板（如12英寸晶圆）的开发将进一步降低成本、提高效率。
碳化硅的高硬度也增加了加工难度，尤其在微纳结构制造方面，导致成品率较低。未来，随着碳化硅衬底供应商与微纳光学器件制造商深化合作，这一问题有望得到解决。
碳化硅在AR眼镜领域的应用仍处于起步阶段，需要更多企业投入光学级碳化硅的研发与设备开发。Meta团队预计，随着相关研发投入增加，消费级AR眼镜产业生态将日益完善，更多制造商也将开始推出相应设备。
来源：先进半导体材料、艾邦智造整理
