碳化硅AR波导新突破:3.8克超轻、可量产、无彩虹伪影

半导体在线 2025-08-28 15:28

第四届功率半导体与先进封装测试创新高峰论坛
为促进功率半导体和先进封装领域的学术交流与产业合作,探讨最新技术进展、工艺优化及未来发展方向,无锡市集成电路学会和半导体在线将于2025年9月18日无锡市组织召开第四届功率半导体与先进封装测试创新高峰论坛,欢迎参会、参展等合作。
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增强现实(AR)技术正推动着人机交互市场的变革,然而其大规模商业化始终受制于硬件瓶颈:设备厚重导致佩戴不适,且全彩显示时的“彩虹伪影”严重影响了用户体验。近日,西湖大学、慕德微纳(杭州)科技有限公司联合发布了一种颠覆性的解决方案,采用碳化硅(SiC)材料成功研发出超轻、超薄的衍射光波导。该方案首次实现了单层碳化硅衍射光波导的设计、量产级制造与封装,为基于SiCAR技术路线奠定了开创性基础。基于该单层SiC波导,不仅实现了无彩虹伪影的全彩显示,且其重量仅为3.795克,厚度薄至0.75毫米,实现了远超传统方案的轻量化水平(注:日常佩戴的近视眼镜单目在几克-几十克不等)。更重要的是,该技术与大规模量产的超薄菲涅尔处方镜片兼容,为近视用户提供了“一站式”的轻便AR视觉解决方案。这项工作为未来消费级AR眼镜的发展扫清了关键障碍,为下一代信息交互方式开辟了充满希望的道路。相关研究成果以“SiC Diffractive Waveguides for Augmented Reality: Single-Layer, Full-Color, Rainbow-Artifact-Free Display with Vision Correction”为题发表于eLight(影响因子32.1,入选两期卓越计划)。


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浙江大学-西湖大学联合培养博士生陈博取为第一作者。西湖大学仇旻教授、慕德微纳(杭州)科技有限公司杜凯凯博士、蔡璐博士为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划,国家自然科学基金,西湖大学未来产业研究中心、先进微纳加工与测试平台的大力支持。


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论文链接:https://doi.org/10.1186/s43593-025-00100-1


1

 概念革新:

定义下一代AR眼镜形态


研究团队首先展示了该项研究的最终成果:一副基于碳化硅(SiC)衍射光波导的超薄、超轻AR眼镜原型。与笨重且存在彩虹伪影的传统玻璃波导方案相比,该团队的SiC波导方案从根本上改变了AR设备的形态和视觉体验(图1a)。最终封装的单片波导镜片重量仅为3.795克,厚度仅0.75毫米,实现了革命性的轻量化。实物展示(图1b)和全彩显示效果(图1c)直观证明,该研究成功地将一个纯净、无干扰的AR世界带入现实,无论在暗室还是日光环境下,都能保持卓越的显示质量。  
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图1:(a) SiC波导(左)与传统玻璃波导(右)的对比;(b) SiC波导静态模组(上)和整机演示模组(下);(c) AR场景整机演示模组测试结果


2

制造突破:

实现SiC波导的规模化量产


一项技术要走向应用,离不开可行的量产制造技术。研究团队展示了在4英寸SiC晶圆上的大面积、高精度量产成果(图2a),这得益于团队提出的“纳米压印剥离”(NIL-to-lift-off)工艺。该工艺巧妙地利用纳米压印批量化转移结构图案,通过蒸镀与剥离工艺实现金属掩模制备,攻克了SiC这类硬脆材料的干法刻蚀低选择比难题。扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)图像(图2b-c)证实了纳米光栅结构的高保真度。同时,团队还开发了超薄菲涅尔透镜的低成本NIL制造方案(图2f-h),为后续的功能集成奠定了基础。  
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图2:(a) 量产的4寸SiC波导晶圆;(b) SiC纳米光栅的扫描电子显微镜(SEM)图像;(c) SiC纳米光栅的原子力显微镜(AFM)图像;(d)经过封装与激光切割后的SiC波导镜片;(e) 单目SiC波导镜片重量;(f)激光切割后的菲涅尔近视镜片;(g-h)菲涅尔近视镜片的共聚焦显微镜图像


3

性能实证:

全方位的功能集成与验证


最后,团队通过自主搭建的光学测试平台(图3a)量化了器件的卓越性能。测试结果表明,该SiC波导实现了高达1238.10 nit/lm的全彩显示光效,较主流商用产品提升72%,并具备优异的20.45% 全彩显示亮度均匀性(图3b-h)。同时,团队成功将厚度仅0.2毫米的超薄菲涅尔镜片与SiC波导集成,实现了与传统镜片效果相当的视力矫正功能(图3i),且图像清晰度测试(图3j-l)验证了其光学质量。这一系列数据不仅证明了该技术的领先性,更展示了其作为成熟产品推向市场的巨大潜力。  

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3(a) 自主搭建的光学测试平台;(b) 对比度(上)、视场角(中)和畸变(下)的测试结果;(c) RGB全彩显示;(d)SiC波导在632524467 纳米波长下混合与分离的耦出亮度;(e-h)混合与分离的耦出光效;(i)超薄菲涅尔透镜演示;(j)图像清晰度测试装置示意图;(k)透过菲涅尔透镜观察的视图照片;(l)中心和边缘区域的空间频率响应



4

总结与展望 


本研究成功展示了一个基于碳化硅(SiC)波导的全新AR显示平台,它同时解决了轻薄化、全彩无彩虹伪影显示和规模化量产三大核心难题。团队通过创新的材料应用、光学设计和制造工艺,打造出一款重量仅3.795克、厚度0.75毫米、光效高达1238.10 nit/lm的AR衍射光波导,并集成了超薄视力矫正功能。  

这项工作不仅为消费级AR眼镜的发展提供了切实可行的技术路径,更揭示了SiC作为下一代光电平台材料的巨大潜力。目前,该技术方案已供应给多家业内头部企业,正为AR显示行业的技术进步持续助力。展望未来,该技术平台有望进一步优化,实现更宽广的视场角。此外,利用SiC优异的导热性,未来的AR眼镜可将波导本身作为散热元件,将光学引擎和计算单元产生的热量高效导出,实现“功能-结构一体化”的无源热管理,这将是AR设备迈向更高性能、更长续航的关键。该研究为AR、元宇宙、航空航天等前沿领域的发展奠定了坚实的技术基础,预示着一个由SiC光子技术驱动的新时代的到来。  

 来 源  | 仇旻实验室







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2025年玻璃通孔(TGV)技术与应用研讨会

第四届功率半导体与先进封装测试创新高峰论坛


PART.01

会议议程



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PART.02

已报名单位部分名单


AirProducts    

AMAT    

AMS    

ArtTechnologyInc.    

CMIT    

ZTE    

艾瑞森表面技术(苏州)股份有限公司    

成都知否瑞达科技有限公司    

东莞瑞瀚自动化有限公司    

恩纳基智能装备(无锡)股份有限公司    

佛山大学    

光洋新材料科技(昆山)有限公司    

广东华沿机器人股份有限公司    

海力士半导体采购    

杭州市北京航空航天大学国际创新研究院

杭州长川科技股份有限公司    

合肥恒力装备有限公司    

合肥开悦半导体科技有限公司    

河北工业大学    

华海清科股份有限公司    

华侨大学    

华为技术有限公司    

环晟光伏(江苏)有限公司    

汇专机床集团股份有限公司    

嘉盛半导体(苏州)有限公司    

江苏大摩半导体科技有限公司    

江苏富乐德石英科技有限公司    

江苏金刚科技股份有限公司    

江苏启威星装备科技有限公司    

江苏铁锚科技股份有限公司    

江苏友东智能科技有限公司    

江苏中胜微科技有限公司    

库力索法半导体(苏州)有限公司    

立川(无锡)半导体有限公司    

六西格玛(上海)半导体材料有限公司    

南通欧雷德智能科技有限公司    

青岛瑞孚森科技有限公司    

青岛自贸片区管委会    

日联科技集团股份有限公司    

上海埃绍科技有限公司    

上海创熠微材料科技有限公司    

上海大族富创得科技股份有限公司    

上海及瑞工业设计有限公司    

上海纳腾仪器有限公司    

上海镨赢真空科技有限公司    

上海太洋科技有限公司    

上海微电子装备(集团)股份有限公司    

上海赢朔电子科技股份有限公司    

上海智达腾精密电子有限公司    

上海中艺自动化系统有限公司    

深圳市卓茂科技有限公司    

松上电子股份有限公司    

苏州保励科技有限公司    

苏州贝克微电子股份有限公司    

苏州德龙激光股份有限公司    

苏州恩腾半导体科技有限公司    

苏州汇氏电子科技有限公司    

苏州斯德瑞机电科技有限公司    

苏州探博电子有限公司    

苏州中卫宝佳净化科技有限公司    

苏州中鑫知联科技有限公司    

天津海瑞电子科技有限公司    

蔚来汽车    

无锡日联科技股份有限公司    

无锡芯运智能科技有限公司    

西北工业大学    

肖特玻璃    

甬江实验室    

云南大学    

长安大学    

中车时代电气股份有限公司    

中国电子技术标准化研究院    

中国科学院微电子研究所    

中科慧远(洛阳)有限公司    

IBSSGroup,Inc    

TDG    

安徽联效科技有限公司    

福州大学    

复旦大学    

广电计量检测集团股份有限公司    

广东天承科技股份有限公司    

哈尔滨工业大学    

杭州晶通科技有限公司    

河南创研新材料科技有限公司    

惠众半导体(深圳)有限公司    

南京航空航天大学     

三叠纪(广东)科技有限公司     

厦门大学    

上海果纳半导体技术有限公司    

上海九同方技术有限公司    

上海汽车集团股份有限公司    

上海叶烁数字信息技术发展有限公司    

深圳基本半导体有限公司    

深圳矩阵多元科技有限公司    

苏州市新汇悦电气自动化有限公司    

台湾先进系统公司    

武汉帝尔激光科技股份有限公司    

西北工业大学    

中国电子科技集团公司第四十七研究所    

珠海硅芯科技有限公司    

珠海天成先进半导体科技有限公司

重庆积分半导体有限公司

中科院上海微系统所

深圳市华屹超精密测量有限公司

大族激光科技产业集团股份有限公司

闻泰科技

大族激光

北京理工大学

福斯艾特苏州智能工业技术有限公司

东莞金研精密研磨机械制造有限公司

江芯南微电子

瑞莱芯传感微系统(杭州)有限公司

无锡纳瑞电子科技有限公司

东莞市鼎腾仪器有限公司

江苏第三代半导体研究院

苏州舜尧鼎越科技有限公司

上海津启信息科技有限公司

特灵空调系统(中国)有限公司

齐齐哈尔师范

中兴通讯股份有限公司

云龙县铂翠贵金属科技有限公司

北京朗玛峰创投管理有限公司

理玛镀膜科技(无锡)有限公司

上海广弘实业有限公司

谷微半导体科技(江苏)有限公司

苏州威兹泰克智能设备有限公司

江苏博涛智能热工股份有限公司

晟盈半导体设备(江苏)有限公司

武汉大学

深圳市普佳光电有限公司

上海国盛容科技发展有限公司

无锡新加坡工业园开发股份有限公司

深圳市誉辰智能装备股份有限国顺

上海精积微半导体技术有限公司

广电计量检测(无锡)有限公司

Sgs

苏州智运红谷科技有限公司

协腾半导体无锡有限公司

亨特瑞(昆山)新材料科技有限公司

苏州瑞霏光电科技有限公司

轻蜓光电

同方电子科技有限公司

浙江诗韵芯龙半导体有限公司

苏州芯睿科技有限公司

芯微特半导体科技(江苏)有限公司

深圳市华屹超精密测量有限公司




1、主办单位

无锡市集成电路学会

半导体在线

2、时间和地点

时间:2025年9月18-19日(9月18日签到)

地点:无锡苏宁银河国际酒店, 无锡市梁溪区人民中路109号

3、会议议题

◆玻璃通孔(TGV)论坛

(1)玻璃通孔工艺技术

(2) 玻璃基板技术

(3)玻璃通孔器件与应用

(4)玻璃通孔可靠性与失效分析

(5)玻璃通孔装备技术

◆功率半导体器件及应用论坛

(1)功率半导体器件设计与制造

(2)SiC功率器件应用

(3)GaN功率器件应用

(4)IGBT功率器件应用

(5)功率器件封装材料工艺

(6)功率模块高散热封装与可靠性及失效性测试

(7)相关加工、封装、检验、测试的先进仪器与设备

◆先进封装与测试论坛

(1)先进封装:Chiplet、系统级封装(SiP)、晶圆级封装(WLP)、3D/2.5D封装等

(2)先进封装设计、建模与仿真

(3)先进封装材料与工艺

(4)先进封装设备与工艺

(5)测试与可靠性

(6)先进封装应用

4、会议形式

主要通过主题发言、现场讨论的形式,也欢迎材料企业、设备企业安排小型展览。会议期间还将组织演讲嘉宾或行业资深专家们与参会代表互动进行自由讨论。为了共同办好这次会议, 热烈欢迎各企业、科研院所赞助本次会议,并借此机会提高知名度。

5、会议注册费用

会议注册费:(仅含会议期间提供午、晚餐及茶歇、会议资料)

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账户信息

户 名:北京烯墨投资管理有限公司

开户行:中国工商银行股份有限公司北京百万庄支行

账 号:0200001409200080961

付款时注明:单位名称+参会人名

开票注意事项:

增值税普通发票请提供单位名称及税号。

如果需要增值税专用发票,请提供单位名称、税号、地址、电话、开户行、账号。接收邮箱:bandaotibj@163.com。

6、住宿安排

会务组在会议酒店协商了房间,会议代表需自行与酒店联系住房预订事宜,费用自理。参会人员需尽快完成房间的预订,费用自理。

无锡苏宁银河国际酒店, 无锡市梁溪区人民中路109号

协议价:单/标间,450元/晚,含早

订房二维码

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7、组委会联系方式

参会、参展、宣传及赞助事宜

联系人:刘经理

联系电话:13521337845(微信同号)

联系人:秦经理

联系电话:18513072168(微信同号)



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