2025年碳化硅SiC行业研究：打开AR眼镜新应用场景，半绝缘型碳化硅衬底片放量在即

AR眼镜是AI应用的完美载体，可以结合虚拟和现实

AR眼镜能够实现虚拟信息与现实世界的完美融合

AR眼镜（增强现实眼镜）是一种将虚拟信息叠加到现实世界中的智能穿戴设备，核心在于虚拟信息与现实世界 的完美融合。与VR眼镜（虚拟现实眼镜）相比，主要区别在于AR眼镜通过光学显示技术，将数字内容（如图 像、视频、3D模型等）叠加到现实世界中，与现实环境融合，为用户提供增强现实的体验。而VR眼镜则是通 过在完全封闭式的显示屏幕，使用户完全沉浸于虚拟环境中，无法看到现实世界。

AR+AI智能眼镜：依据硬件配置以及是否整合AR显示技术，AI眼镜可以细分为音频AI智能眼镜、拍照AI智能 眼镜以及AI+AR智能眼镜三类。音频AI智能眼镜是AI智能眼镜的基础形态，仅仅是普通眼镜+蓝牙耳机+AI大模 型；拍照AI智能眼镜在音频AI智能眼镜的基础上集成了摄像头，可以用于拍照、文字识别等；AI+AR智能眼镜 在拍照AI智能眼镜的基础上进一步融合了AR显示功能，使得AI大模型能够结合环境数据通过AR提供实时推送 与交互，如导航路径叠加、物体识别标注等，真正实现了智能化的虚拟与现实交互，成为AR眼镜的理想形态。

2024年全球AR眼镜出货达55.3万副，中国厂商占据近八成市场

2024年全球AR眼镜出货量达到55.3万副，同比+7.8%，其中中国2024年出货28.6万副。2024年中国AR眼镜市场 迎来发展高峰，更多品牌新品进入市场，并且AR眼镜在便携性、轻量化、功能性、技术性等方面均有显著提升，更好地满足了消费者需求，预计到2028年出货有望突破295万副。

AR 眼镜的产业化趋势可参考可穿戴设备。自 2020 年可穿戴设备放量以来，其出货量在 2023 年已稳定至 5.4 亿 台。期间，智能手机出货量为 11.7 亿台，随着AR 眼镜的功能逐渐达到可穿戴设备（如智能手表）的水平，凭 借其佩戴便捷性及社交属性，AR 眼镜的产业化趋势可参考可穿戴设备。

AR眼镜的核心在于光学显示系统中的光学组合器

AR眼镜包括光学显示系统、计算处理系统、信息采集系统与传感器、电池与散热模组等。 光学显示系统为AR眼镜的核心。光学显示系统由光学组合器和微显示屏组成。光学显示系统是整个AR眼镜的 核心部件，也是价值量最大的部件，约占整个AR眼镜成本的40%+。微型显示屏主要由 OLED、Micro OLED 等 高亮度显示屏组成，光学组合器则负责实现虚拟信息与现实世界的融合，是AR眼镜镜片的核心功能，主要包括 自由曲面、光波导等技术路线。 AR眼镜走向商业落地并进入大众消费级市场的关键在于轻薄化设计和成熟的虚拟/现实交互。轻薄化设计核心在 于降低各组件的重量、在保证强度的同时采用低密度机身材料；虚拟/现实交互核心在于光学显示系统需要有高 亮度/均匀色彩光源、较好的环境透光性、舒适的观看角度，并克服环境光造成的彩虹纹/色散现象。

光波导结构：表面浮雕光栅波导为主流方案

AR眼镜的组合器可分为自由空间反射与光波导结构两大类

AR眼镜需要通过光学组合器（Optical Combiner）实现微显示屏虚像与外界环境光的同步呈现，由此出现自由 空间反射和光波导两大类技术路线。其中，自由空间反射包括耐德佳的自由曲面方案、XReal的BirdBath方案； 光波导包括Lumus的几何反射波导方案、HoloLens的表面浮雕光栅波导（SRG）方案和处于研发中的全息光栅 波导（VHG）方案。目前，光波导方案属于行业主流技术路线。

自由空间反射结构：自由曲面方案缺点在于镜片厚度较大

自由曲面方案采用光路组合，微显示器成虚像的同时加入补偿元件来抵消对外界环境光的扭曲，实现同步呈现。 自由曲面方案采用非对称的自由曲面反射镜（非球面或复杂面形），光线仅经过一次有效反射即可进入人眼。 优点在于使用传统几何光学器件，设计比较成熟，同时基于最简单的光学反射，成像效果很好。缺点则是光路 堆积在眼睛正前方，传统光路反射的体积和空间遵循几何关系，镜片厚度理论上很难进一步压缩。同时存在局 部图像畸变、高精度自由曲面镜片加工难度较大的问题。

自由空间反射结构：BirdBath（BB）方案缺点在于透光率低

标准的BB模组包含显示模组、透镜组、偏振分束器、半透半反球面镜。来自顶部OLED屏幕1的光通过透镜2放 大、变焦后，经由偏振分束器3（红）反射到曲面镜（60%透过，40%反射），光穿过曲面镜5（蓝）在薄塑料 片组成的四分之一波片46（紫）反射，经过两层四分之一波片使光相位旋转90度（四分之一波片通常用于线偏 振光与圆偏振光的转换），然后经过偏振分束器78进入人眼。最终入眼亮度仅为屏幕亮度的15%左右。

BirdBath方案是对自由曲面方案的改进，通过光路的双重反射实现光学模组尺寸的降低。经过双重反射，BB方 案可以实现比自由曲面方案更薄、尺寸更小的镜片，同时FOV较大、成像效果好、生产成本也较低，适合大规 模批量生产。缺点是光路双重反射造成入眼亮度衰减严重，同时透光率很低，以Nreal为例，它隔绝了约75%真 实环境中的光线，接近于戴上中等深色墨镜。同时由于结构设计，大部分组件重量堆叠在鼻梁处，镜片仍然较 厚（Xreal方案仍然约为25mm左右，光波导方案仅需个位数），因此仍然是过渡性选择，难以被市场所接受。

碳化硅材料：高折射率与高热导性成为最理想AR镜片材料

碳化硅材料：高折射率助力实现广阔视场角FOV

碳化硅材料折射率可达2.6以上，对比树脂和玻璃等优势明显，单层镜片即可实现80度以上FOV。常用材料折射 率方面，普通树脂约1.51，高折射率树脂约1.74；普通玻璃约1.5，高折射率玻璃约1.9。而SiC材料可达2.6以上。 光波导结构中，基底材料的折射率越高，AR镜片的视场角FOV就更大。传统玻璃经过三层堆叠后仅为40度左右，单层SiC镜片即可实现80度以上FOV，可以提供更轻薄的尺寸和更大更清晰的视觉效果。

碳化硅材料：有效解决光波导结构中的彩虹纹问题

碳化硅的高折射率使光栅周期可以设计的很小，而小光栅周期会增大环境光的衍射角度，超出人眼的观察范围 后，进而解决分光造成的彩虹纹现象。彩虹纹指环境光透过AR波导后白光变成彩虹光的分光现象，本质上是光 栅对不同波长（颜色）光的衍射角度差异导致的色散现象。高折射率的SiC材料可以压缩光在材料中的有效波长，进而降低光栅周期。光栅周期降低后，固定入射角的不同颜色光的色散角差异减小，从而减少了颜色分离。从 工艺可行性来看，碳化硅的硬度和化学稳定性支持纳米压印及电子束光刻工艺，工程上可以实现亚微米级光栅 周期的高精度加工，从而解决彩虹纹现象。

实验数据：使用碳化硅衬底（光栅周期=300nm）的衍射光波导，相较于玻璃衬底（光栅周期=500nm），在可 见光波段（400-700nm）的色散角差异可降低约40%，彩虹纹主观感知强度下降超过60%。

碳化硅材料：高热导性保障性能稳定，实现AR眼镜轻 量化设计

碳化硅的热导率（约490 W/m·K）远高于传统光学材料如玻璃（约1 W/m·K）和树脂，能够快速传导光机模块 和计算单元产生的热量，避免局部温度过高导致的性能下降或器件损坏。例如，传统AR眼镜因光机发热常触发 过热保护机制从而降低亮度及刷新率，而碳化硅波导片通过材料自身的高效热传导，显著降低了热量堆积风险， 从而支持高亮度显示（如5000尼特峰值亮度）和长时间稳定运行。

碳化硅材料高导热性使AR眼镜得以简化散热设计进而实现轻量化设计。传统AR眼镜依赖镜腿散热模块或主动 冷却系统，增加了设备重量和复杂度。碳化硅的高热导性允许将散热功能集成到光波导片本身，通过被动散热 即可满足需求。此外，优秀的散热性能为提升AR眼镜集成度、配置更多传感器留出冗余。

大厂布局AR眼镜，碳化硅波导有望加速产业化

科技大厂陆续布局 AR 眼镜，有望加速 AR 眼镜 + 碳化硅波导产业化。我国是最早实现 AR 眼镜产业化的国家， 2018 年 Rokid 推出 AR 眼镜一代，次年 Xreal 推出 Light AR 眼镜。我们认为随着字节、阿里、苹果等科技巨头 的入局，AR 眼镜产业化进程将加速推进，从而推动市场对性能更优产品的追求，进而促使高性能碳化硅波导 降本增效，加速进入产业化周期。

Meta开创碳化硅波导AR眼镜时代，雷鸟X3Pro有望成为第一个量产型碳化硅AR眼镜。从2012年发布首款 AR 眼镜 Google Glass 开启行业探索，到2019 年 Meta 首次演示碳化硅波导AR 眼镜引领行业转型，再到 2024 年西 湖大学团队及 Meta 相继发布搭载碳化硅波导的 AR 眼镜，技术突破不断推动产业向前。2025 Q2雷鸟 X3Pro的 发布有望成为第一个搭载碳化硅镜片的量产型AR眼镜，有望加速碳化硅波导渗透。

光波导制造：配合碳化硅引入刻蚀工艺，实现批量稳定生产

光波导基底加工工艺：几何反射波导制造良率低

几何反射波导通常采用简单的光学器件生产方式，即镀膜、切割、研磨、抛光、键合/胶合，难点在于镀膜和胶 合工艺。首先通过切割玻璃基材获得各种规格的波导小棱镜，然后对小棱镜进行粗磨、精磨与抛光，之后在小 棱镜上根据棱镜排布和进光量分别镀不同膜系的薄膜来获得不同的反射/透射比，最后对小棱镜进行胶合将它固 定为表面光滑的波导片。其中难点在于镀膜和胶合工艺，大大限制了总成良率。

光波导基底加工工艺：纳米压印工艺存在根本性缺陷

传统以玻璃+树脂作为基底的SRG一般采用纳米压印工艺，缺点在于易形成加工误差。首先制作光栅的压印模 具，模具上可以通过纳米压印技术形成成千上万个光栅；随后在玻璃基底（即波导片）上均匀涂覆热塑性有机 树脂；然后再用压印模具下压树脂层，在树脂层上留下光栅后用紫外线照射固化；最后在冷却后取下模版脱模， 即完成SRG光波导衍射光栅的制备。纳米压印工艺的缺陷在于，直接接触式压印导致加工误差比较大、高频次 压印后模具寿命较短需要频繁更换、需要很高的对齐精度、对微小粒子的误差敏感度很高。

纳米压印工艺采用物理压力式的方式印制光栅结构，对材料的热塑性要求很强，但高热塑性材料本身并不适合 于AR眼镜设计。AR眼镜自身为了实现轻薄化设计和高亮度持续成像，热量堆积压力很大。树脂等热导性差、 热塑性强的材料在积热压力下很容易出现光栅结构变形现象，进而导致彩虹纹和色散的加剧。加上树脂/玻璃材 料自身在光学性能上的缺陷，还会出现眼镜显示性能下降、续航缩短等一系列直接影响消费者体验的情况。

光波导基底加工工艺：SiC材料搭配刻蚀工艺实现全面进步

SiC材料+刻蚀工艺视场角>树脂材料+纳米压印工艺视场角。光波导折射率越大→视场角越大，光波导折射率取 决于基底(玻璃)/光栅材料两者折射率最小者。纳米压印工艺下光波导的光栅适用于树脂材料，故纳米压印光波 导的折射率受限于树脂材料折射率；刻蚀工艺下光波导的光栅采用SiC材料，故刻蚀光波导的折射率受限于SiC 基底折射率。综上所述，使用SiC基底+刻蚀工艺制作光波导视场角大于树脂材料+纳米压印工艺。

刻蚀工艺初始成本高于纳米压印工艺，但未来刻蚀成本有望摊薄。成熟的半导体工艺能显著提升表面浮雕衍射 光波导的性能上限。随着产量增加，刻蚀的成本将被大幅摊薄，而其技术优势则会为产品带来长期竞争力。

半绝缘型碳化硅衬底片：12寸为未来突破方向

AR眼镜所用的碳化硅衬底为透明的半绝缘型

碳化硅衬底可以分为导电型和半绝缘型两类，半绝缘型衬底用于AR眼镜镜片制造。导电型碳化硅衬底细分为 N型和P型（电阻率15~30mΩ·cm），主要用于功率器件，但由于自由载流子吸收和等离子体色散效应导致光 损耗过高，无法满足光学传输需求；半绝缘型碳化硅衬底（电阻率>100000Ω·cm）因其极低自由载流子浓度 和宽光谱透明性，是AR眼镜光波导的理想材料。

降本诉求下AR眼镜用碳化硅衬底的尺寸逐步发展至12寸

12寸衬底片碳化硅裁切浪费更少，能够切更多镜片，从而降低成本。目前AR眼镜镜片主要通过半绝缘型碳化硅 衬底片裁切得到，衬底尺寸越大，单位衬底可生产更多镜片，因而单位镜片成本越低，同时边缘浪费的减少将 进一步降低镜片生产成本。8寸/12寸衬底片成本大致为6000/10000元，分别能切削出4副/10副眼镜，对应单副眼 镜成本从1500元左右下降至1000元左右，大大降低AR眼镜成本及售价并加速在消费市场的渗透。

半绝缘型碳化硅衬底制造流程：晶体生长是核心工艺

半绝缘型碳化硅衬底制造流程主要包括晶体生长——晶锭加工与切片——研磨抛光——清洗。 ① 原料准备：将Si和C按1:1合成SiC多晶颗粒粉料。半绝缘型衬底对粉料的纯度要求极高，杂质含量低于0.5ppm； ② 晶体生长：半绝缘型衬底主要采用高温化学气相沉积法（HTCVD）。将生长室加热到1800-2300℃，随后向生 长室内稳定通入SiH4+C3H8或SiH4+C2H4气体，由 He和 H2承载向上朝着籽晶方向输送，为晶体生长提供Si源 与C源。气相的碳化硅能够在籽晶下表面凝华，获得纯净的碳化硅晶锭，实现SiC晶体生长； ③ 晶锭加工与切片：将制得的碳化硅晶锭使用 X射线单晶定向仪进行定向，之后磨平、滚圆，去除籽晶面、圆顶 面，加工成标准直径尺寸的碳化硅晶体；使用金刚石多线切割机将生长出的晶体切成不超过1mm的粗衬底； ④ 研磨抛光：通过金刚石研磨液将衬底表面加工至原子级平整光滑平面，随后进行化学机械抛光CMP。

报告节选：

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