近日，在第三届全国博士后创新创业大赛中，复旦大学微电子学院集成电路科学与工程博士后流动站的彭博方博士与李煜淳博士团队，凭借“基于表面浮雕光栅的SiC AR衍射光波导”项目，成功斩获“高端机器与智能装备”赛道创业赛银奖。作为国内规格最高、影响力最广的博士后创新创业赛事，本届大赛由人力资源社会保障部与福建省人民政府联合主办，汇集了全国顶尖科研力量与前沿创新成果。
突破行业技术瓶颈 解决AR普及四大难题
在人工智能对算力与交互入口需求持续攀升的背景下，AR眼镜正迎来产业化的“奇点时刻”。然而，从技术概念迈向大众消费，衍射光波导技术仍是制约AR眼镜普及的关键瓶颈。这一核心光学部件占整机成本近30%，其性能与成本直接决定了产品的市场竞争力。伴随Meta、三星、小米、字节等科技巨头在2023–2027年间密集布局AR产品，行业即将迎来爆发期。据Yole Group预测，到2030年，全球智能眼镜出货量将突破1500万台。未来，人人都有望通过一副AR眼镜，拥有如“钢铁侠”中“贾维斯”般的智能助手体验。
集成电路科学与工程博士后流动站彭博方博士与李煜淳博士的此次获奖项目，直击消费级AR眼镜产业化的核心痛点，针对AR衍射光波导长期存在的视场角狭窄、彩虹纹、成本高昂和远近视方案匹配四大难题，提出基于碳化硅（SiC）晶圆的表面浮雕光栅衍射光波导解决方案。
图1 彭博方博士在第三届博士后创新创业大赛路演答辩现场
“传统AR眼镜的视场角约为30°，用户仿佛通过狭窄的窗口看世界。”项目负责人彭博方博士介绍，“通过采用折射率达2.6-2.8的SiC材料，能将视场角提升至70°以上，同时有效消除了彩虹纹这一行业顽疾。更重要的是，高折射率SiC光学材料可以大大减薄镜片厚度和重量，实现轻量化。”
然而，SiC衍射光波导性能卓越的背后，其商业化之路却面临严峻挑战，这是由“设备、材料、良率”限制成本推进消费端的“三座大山”：首要障碍来自于“设备枷锁”。高性能SiC衍射光波导的制备依赖高精度纳米压印与光刻设备，长期以来依赖进口，采购与维护成本高昂。其次，“材料本身即成本”。高纯度的碳化硅（SiC）晶圆由于材料生长与加工成本限制，价格远高于传统玻璃或树脂基材。最大的挑战，则在于“波导工艺良率”。衍射光栅的纳米级结构（周期约200nm）要求图形化及刻蚀精度极高，对工艺过程的控制难度大，当前行业良率普遍偏低，这直接导致单片合格镜片的成本居高不下，成为AR眼镜迈向消费级的“卡脖子”环节。
全流程自研能力 构建核心技术壁垒
彭博方博士在矢量衍射光学设计、前道光刻与量检测制造等领域深耕多年。近年来，彭博方及李煜淳博士团队专注研究SiC材料的光学特性，针对SiC从晶锭到“切磨抛”再到外延等各生产工艺过程中的良率控制问题提出了多项解决方案，提高了SiC晶圆产业的良率。团队还针对SiC AR所需的50纳米尺度结构，展开了泰伯光刻技术的研发工作。团队在设备研发领域，已经解决部分卡脖子问题并有数项首创的颠覆式创新技术。AR衍射光波导也会遵循半导体行业一代产品一代装备，这一商业模式和技术路径，因此彭博方与李煜淳博士团队坚持核心设备和设计自主研发的路径，走通了基于制造能力的设计全流程。从自研专用设备端入手全方位构建AR衍射光学设计制造技术壁垒，同时与李煜淳博士共同构建了从光栅设计、母版加工、纳米压印、刻蚀/镀膜等全生产流程的完整工艺。依托多年的技术积累，团队已逐步实现了SiC AR量产的一体化制造能力。据此设计并量产的SiC AR产品，将具备强大的市场竞争力，有望引领AR衍射光波导镜片产业的发展。
图2 团队开发的一体化AR制造系统（Holistic Manufacturing System for AR）
更重要的是，彭博方及李煜淳博士团队关注推动技术的产业化落地，重视将技术研发成果导向商业成功。“摩尔定律曾是西方主导的、一种在‘收割’全球市场的同时也‘造福’了产业的商业规则。我们的父辈未能参与其中，导致了如今在传统半导体领域被‘卡脖子’的局面。”彭博方博士表示，“在AI人工智能时代，在AR智能终端时代，中国企业‘必须且能够’重构产业链秩序，引领行业发展，在我们规则下，‘造福’全世界，并站在产业链的顶端获得应有的商业价值。
图3 基于SiC的表面浮雕光栅AR衍射光波导效果展示
