在人工智能（AI）与增强现实（AR）技术深度融合，全球智能穿戴设备市场经历颠覆性变革的当下，AR设备行业正迎来一场由底层材料驱动的重大革新。碳化硅，这种第三代半导体材料，正悄然成为推动AR设备行业发展的底层动力。
传统AR光学材料主要为玻璃和树脂。然而，随着用户对AR设备视场角（FOV）、机身轻薄程度以及散热性能要求的不断提高，玻璃和树脂材料逐渐显得力不从心。碳化硅凭借其极高的折射率和热导率，为AR设备行业开辟了一条全新的技术路径。
从光学性能上看，碳化硅材料的折射率可达2.6以上，远高于普通树脂（约1.51）、高折射率树脂（约1.74）、普通玻璃（约1.5）以及高折射率玻璃（约1.9）。在光波导结构中，基底材料的折射率越高，AR镜片的视场角FOV就越大。传统玻璃经过三层堆叠后FOV仅为 40度左右，而单层碳化硅镜片即可轻松实现80度以上的FOV，能够为用户提供更轻薄的尺寸以及更大更清晰的视觉效果。
同时，碳化硅独有的光学特性能够有效压缩彩虹纹，解决了以往光波导结构中严重的色散问题。彩虹纹是指环境光透过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。碳化硅的高折射率使光栅周期可以设计得很小，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，便能解决分光造成的彩虹纹现象。从工艺可行性来讲，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，工程上能够实现亚微米级光栅周期的高精度加工，从而有效减少彩虹纹现象。
实验数据显示，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%。这一特性直接提升了AR显示的清晰度和稳定性。
在散热方面，碳化硅材料的热导率约为490W/m・K，远远超过传统光学材料如玻璃（约 1W/m・K）和树脂。这一特性使其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眼镜常因光机发热触发过热保护机制，进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，为 AI 计算、高清显示、复杂传感器的加载提供了更多空间。
此外，碳化硅材料的高导热性使 AR 眼镜得以简化散热设计，进而实现轻量化设计，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。
尽管碳化硅在AR设备应用中优势显著，但目前也面临着成本问题。8寸碳化硅衬底片成本约6000元，12寸接近万元。虽然随着切割效率提升，大尺寸衬底能摊薄单片镜片的成本，但整体而言，碳化硅波导仍属于高端配置。这也是现阶段主要布局碳化硅方案的企业，几乎都是Meta、雷鸟、字节跳动等手握大量资金的行业巨头的原因。
不过，随着行业的发展，碳化硅在AR设备领域的前景依旧十分广阔。当前采用碳化硅 + 刻蚀工艺制备的光波导片，虽然初期投资高，但量产后的良率、可靠性和性能全面碾压传统纳米压印工艺。令人期待的是，雷鸟 X3 Pro等量产型碳化硅波导AR眼镜即将在2025年Q2上市，这一标志性事件意味着行业正从概念验证阶段正式迈入规模化放量的拐点。碳化硅不再仅仅是少数实验室玩家的研究对象，而是整个AR供应链集体升级的必然方向。
当然，碳化硅在AR设备行业的广泛应用也面临着诸多挑战。晶体生长的超高纯度控制、切片研磨过程中的良率瓶颈、CMP抛光技术的突破，以及大尺寸半绝缘型衬底的量产能力，都是需要行业内企业和科研人员共同攻克的难题。但可以预见的是，未来的AR终端若要真正实现轻薄化、高亮度、大FOV的完美体验，碳化硅波导将是不可或缺的关键一环。
中国在碳化硅与AR设备产业融合发展方面已经取得了一定成果，并展现出独特的发展态势。中国碳化硅衬底龙头企业天科合达与AR光学技术新锐慕德微纳签署战略投资协议，共同研发下一代AR眼镜镜片技术，标志着碳化硅材料正式进军消费电子领域。天科合达凭借在6英寸碳化硅衬底量产技术上的突破，成功将生产成本降低60%，为材料民用化奠定了基础。
在此次合作中，碳化硅将被创新性地应用于AR眼镜的微型显示模组和散热系统，其宽带隙特性可使Micro – LED像素点距缩小至3微米以下，配合8K分辨率实现视网膜级显示；而高达490W/m・K的热导率，可有效解决AR设备长期存在的热堆积难题。这种 “军转民” 的技术迁移，有望在 AR 眼镜的轻量化竞赛中建立技术代差优势。
从产业布局来看，天科合达极具前瞻性。其在江苏、北京新建的8英寸衬底生产线，可满足未来3年AR产业60%的碳化硅需求，并且在徐州设立联合研发中心，开发适用于消费电子的低成本掺杂工艺，目标将衬底价格压缩至每片800元以下。
这种 “技术+产能” 的双轮驱动模式，正在重构全球碳化硅产业的价值分配格局。天科合达依托碳化硅衬底优势，向上游延伸开发 GaN – on – SiC外延片，向下游联合慕德微纳攻克光波导衍射效率难题，最终在苏州建成AR眼镜全自动化产线。该模式打破了传统消费电子 “屏幕厂商-整机厂商” 的横向分工体系，通过材料级的深度定制，可使AR眼镜光学模组厚度从12mm缩减至6mm，视场角从45°扩展至120°，量产良率提升至85%以上。
此外，中国AR产业呈现出独特的 “三级火箭” 发展态势：底层光学模组领域，鲲游光电的衍射光波导良品率突破85%；中游设备层面，2023年消费级AR眼镜出货量同比增长217%；应用生态端，支付宝AR开放平台已接入超10万开发者。全产业链的协同突破，使得中国在轻量化、低成本AR解决方案上形成了全球竞争优势，产业溢出效应也开始显现。
在江西赣州，全球70%的中重稀土资源正转化为AR微显示芯片的关键材料；深圳龙岗的AR 光学产业聚集区，单月镜片产能突破百万片；杭州某AR云服务平台，通过空间计算技术重构商业地产运营模式，单项目年增效超3亿元。
