3月6日，Meta（原名Facebook）在官网上发布了一篇文章，讲述其在开发AR眼镜波导技术时选择碳化硅作为核心材料的历程及其优势。
“行家说三代半”发现，Meta团队不仅通过碳化硅波导技术解决了AR眼镜的视野、重量与光学伪影等关键瓶颈，还将其视为AR行业的“游戏规则改变者”，未来或将成为主流材料：
Meta Orion团队解释：
为何会选择SiC技术
2019年，Orion团队为Meta创始人兼首席执行官马克·扎克伯格准备了一场关键演示，展示了增强现实眼镜的潜在波导技术——这一刻，纸上理论计算首次化为现实，并彻底改变了后续的研发轨迹。
Meta发布的AR眼镜-Orion
Meta光学科学家帕斯夸尔·里维拉回忆道：“戴上采用玻璃基底波导和多层叠板的眼镜时，感觉就像置身迪斯科舞厅——到处都是彩虹般的光斑，干扰强烈到根本看不清AR内容。但当你换上碳化硅波导的原型眼镜，瞬间如同置身交响乐厅聆听静谧的古典乐章，你的注意力始终能聚焦于我们构建的完整体验。这完全颠覆了游戏规则。”
然而，尽管如今选择碳化硅作为基底材料看似很明朗，但在十年前Meta Orion团队踏上AR眼镜研发之路时，这一选择却远非理所当然：
帕斯夸尔·里维拉解释，碳化硅通常被大量掺杂氮元素，它会呈现绿色，若厚度足够，甚至显现黑色。这样的材料根本无法用于制造光学透镜——它本质上是电子材料，其颜色与电子特性息息相关。
Meta AR波导技术负责人朱塞佩·卡拉菲奥雷补充道，碳化硅作为应用材料已有悠久历史，其主要应用领域是高功率电子器件。以电动汽车为例：所有电动车都需要一块芯片，而这块芯片必须能承受极高功率以驱动车轮和整车系统。传统的硅基板无法满足这一需求，唯有碳化硅这类允许高电流、高功率通过的材料才能胜任。
在近年可再生能源议题升温之前，这类高功率芯片的市场规模远不及消费电子芯片。此外，碳化硅长期价格高昂，但由于汽车芯片的基板用量较小，成本尚在可接受范围内，厂商缺乏降价的动力。
但事实证明，碳化硅同样具备波导和光学器件所需的关键特性，其中Meta Orion团队最关注的参数是折射率。碳化硅的高折射率意味着它能传导并输出海量光学数据——可类比为互联网带宽：带宽越大，通道内传输的数据量就越多。光学器件遵循相同的逻辑：材料的折射率越高，其光学扩展量越大，通过该通道传输的光学数据量也就越多。
卡拉菲奥雷进一步阐释，在我们的应用场景中，通道就是波导，更大的光学扩展量直接转化为更广阔的视野。材料的折射率越高，显示器能支持的视场角就越大。
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SiC折射率高达2.7
远超玻璃、铌酸锂等材料
2016年，当卡拉菲奥雷首次加入Oculus Research（Meta 旗下研发实验室）时，他们掌握的最高折射率玻璃仅为1.8——为实现目标视场角，必须将多层玻璃板堆叠使用。且不论光学伪影问题，单是组装流程就异常复杂：前两块波导必须精准对齐，随后整个堆叠结构还需与第三块波导完美匹配。
“这不仅成本高昂，更显而易见的是，眼镜的每块镜片绝不可能容纳三片玻璃。”卡拉菲奥雷回忆道，“它们过于沉重，厚度也远超美观极限——根本无人会购买这样的产品。于是我们重回起点：试图提升基板材料的折射率，从而减少所需的玻璃板数量。”
一开始，研究团队首先关注的是铌酸锂，其折射率约为2.3，显著高于玻璃的1.8。
卡拉菲奥雷表示，我们意识到，只需堆叠两块板，甚至可能用一块板就能覆盖视场范围。与此同时，我们开始探索其他材料——这正是2019年与供应商合作中发现高纯度碳化硅透明度极佳的原因。更关键的是，碳化硅的折射率高达2.7，创下光学应用材料的纪录。
对于研究团队而言，这一数值意味着：碳化硅的折射率比铌酸锂提升17.4%，较玻璃增幅达50%。卡拉菲奥雷解释道，“只需对现有工业设备稍加改造，就能制备透明碳化硅。所以我们调整工艺流程，严格把控参数——不再以电子特性为优化目标，转而聚焦光学属性：透光率、折射率均匀性等核心指标。”
解决重影、彩虹效应等问题
SiC技术最终脱颖而出
彼时，Reality Labs团队是首个尝试将不透明碳化硅晶圆转化为透明基板的先驱。由于碳化硅是已知最硬的材料之一，其切割与抛光必须依赖金刚石工具，这导致非重复性工程成本极高，最终基板价格昂贵。
尽管存在比碳化硅基板更具成本效益的替代方案，但任何技术都存在优缺点，Meta最后还是决定采用碳化硅。Meta 研究科学总监西尔弗斯坦解释道，寻找广视场AR显示器的理想方案，本质上是性能与成本的博弈，成本或许能压缩，但若性能不达标，成本优势将毫无意义。”
与此同时，Meta Orion 的视场角高达 70 度，新的问题如重影、彩虹效应开始显现：重影如同投射到显示屏上的主图像产生的重复影像，彩虹效应则是环境光在波导表面反射后形成的动态彩色光纹
西尔弗斯坦举例说明道，假设你在夜间驾车，周围车灯移动时，仿佛有彩虹条纹之晃动，或在阳光明媚的海滩打排球，动态彩虹效应会导致你错失击球时机。而碳化硅的神奇特性之一，正是能彻底消除这些干扰。碳化硅的另一独有优势是导热性，塑料是极差的绝缘体，玻璃和铌酸锂亦然，但碳化硅既透明如玻璃，又能高效导热——这颠覆了传统认知。
因此， 2020 年 7 月，Meta Orion 团队基于三大核心因素选定碳化硅：
一是外形优化：单层基板与更小巧的支撑结构大幅降低设备体积；
二是光学优势：高折射率与抗彩虹效应提升显示质量；
三是轻量化：相比双层玻璃方案，重量显著减轻。
Meta攻克斜面蚀刻问题
希望更多企业参与光学级SiC研发
在确定材料后，下一个攻坚难点转向波导的制造——具体而言，是一项名为斜面蚀刻的非传统光栅技术。
卡拉菲奥雷解释道，“光栅是负责将光线耦入、耦出透镜的纳米结构，要让碳化硅发挥作用，光栅必须采用斜面蚀刻工艺。其刻蚀线条并非垂直排列，而是以倾斜角度分布。
Meta 研究经理尼哈尔·莫汉蒂补充道，他们是全球首个直接在器件上实现斜面蚀刻的团队，整个行业过去依赖纳米压印技术，但这无法适用于高折射率基板。正因如此，此前无人考虑过碳化硅方案。
在2019年，尼哈尔·莫汉蒂就与团队伙伴共同搭建了专属产线，在此之前，由于斜面蚀刻技术尚未成熟，多数半导体芯片供应商和代工厂缺乏相关设备。所以，当时全球没有任何设施能生产蚀刻碳化硅波导，更无法验证实验室外的技术可行性。
尼哈尔·莫汉蒂进一步透露，这是一项重大投资，他们构建了完整生产链。加工设备由合作伙伴专门定制，工艺由Meta自主开发——一开始设备仅达到研究级标准，因为当时尚无制造级系统，所以他们接下来与制造伙伴合作开发了量产级斜面蚀刻设备与工艺。
如今，碳化硅的潜力已被证实，Meta团队期待行业其他厂商开始自研设备，因为越多公司投入光学级碳化硅研发与设备开发，消费级AR眼镜的产业生态就越强健。
SiC降本增效路径明确
将在AR眼镜领域大放异彩
目前，虽然Meta团队仍在探索替代方案，但一个强烈共识已然形成：在恰当的市场窗口期，正确的人群正合力推动基于碳化硅的AR眼镜革命。
西尔弗斯坦、朱塞佩·卡拉菲奥雷表示，在此之前，所有碳化硅制造商此前为应对预期的电动汽车热潮大幅扩产，当前产能过剩的局面在Orion研发时期并不存在。而在如今，由于供过于求，基板成本已开始下降。
Orion项目证实了碳化硅在AR眼镜中的可行性，如今横跨三大洲的供应链都对此展现出浓厚兴趣，供应商对制造光学级碳化硅的新机遇极为兴奋。毕竟相比电子芯片，每片波导透镜消耗的材料量级更大，而他们现有技术能力可无缝迁移至该领域，他们正全力押注这一机遇，碳化硅终将胜出。
另外，目前已有厂商从6英寸转向8英寸衬底，更有先锋企业研发12英寸衬底的前沿技术——这将使AR眼镜产能呈指数级增长。未来，这些进展将持续推动成本下行，尽管行业尚处早期阶段，但未来图景已日渐清晰。
卡拉菲奥雷认为，任何新技术革命初期，人们总会尝试多种路径，电视技术便是例证：从阴极射线管到LED等离子屏，再到如今的MicroLED，我们历经多种技术架构迭代。探索途中多数路径终被证伪，但总有少数选项因潜力巨大而被反复选择。我们尚未抵达终点，也无法孤军奋战，但碳化硅无疑是值得重注投资的奇迹材料。
西尔弗斯坦总结道，他们成功证明了碳化硅在电子学与光子学领域的跨界潜力，其未来或将在量子计算等领域大放异彩。同时，碳化硅成本大幅降低的可能性已经出现，虽然仍有重重挑战，但其蕴含的变革能量无可估量。
值此关键时刻，聚焦8英寸碳化硅量产及终端应用降本技术，“行家说三代半”将举办“2025年车规级8英寸SiC量产技术及汽车&数字能源应用大会”，通过打造3场专题论坛和1场专场展览，为碳化硅产业链提供一个深度对话与分享的平台。
本届大会将于2025年5月15日在上海举办，将邀请8英寸SiC头部厂商、下游终端应用厂家等产业链核心玩家，共同探讨碳化硅在新能源时代的发展脉络，大会现已开放报名渠道，因会议名额有限，先到先得，欢迎各位行家扫码报名参会，期待与你在上海相会！
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