Meta Orion眼镜、肌电信号腕带和独立计算单元

（来源：Meta官网）

AR/VR光波导要求高折射率以增加视场角，缩小器件体积，宽波段透过率以支持全彩显示。需具备高热导率以应对高功率光源散热，以及高硬度和稳定性保证耐用性。还要求其与成熟的微纳光学加工工艺兼容，以实现大规模制造。

SiC的角色：单晶碳化硅（SiC）在可见光波段的折射率约为2.6，透光性优异，适用于高集成度光波导设计。基于其高折射率特性，单层SiC衍射光波导在理论上可实现约70°的视场角，并能有效抑制彩虹纹现象。此外，SiC具有极高的导热性能（约4.9 W/cm·K），能够快速散发因光机发热带来的热量，避免因温升引起的光学性能衰减。同时，SiC材质硬度高、耐磨损，可显著增强波导镜片的结构稳定性与长期使用耐久性。SiC晶圆可用于微纳加工（如刻蚀、镀膜），便于集成微光学结构。

“碳包裹”的危害：若SiC衬底中存在“碳包裹”缺陷，将会降低可见光在材料中的透过率，还会导致波导局部过热、性能降级、显示亮度降低或异常。

CoWoS核心价值在于interposer（中介层）的连通作用

在英伟达引领的AI算力竞赛中，CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate） 等先进封装技术已成为整合CPU、GPU、HBM内存，实现算力指数级增长的核心。在这一复杂的异构集成系统中，中介层（Interposer） 扮演着高速互连与热管理的骨架角色。

SiC的角色：相较于硅和玻璃，SiC因其极高的热导率、与芯片更匹配的热膨胀系数及优异的电气绝缘性，被视为下一代高性能中介层的理想材料。SiC中介层可以更高效地导出来自多个计算核心的集中热量，并确保高速信号传输的完整性。

“碳包裹”的危害：在纳米级的互连线下方，一个微米级的“碳包裹”缺陷就是一颗“定时炸弹” 。它会扭曲局部的热场和应力场，导致其上的互连金属层产生热机械疲劳、开裂，引发信号延迟、串扰或完全失效。在价值数十万人民币的AI加速卡中，这类由底层材料缺陷引发的系统故障是无法接受的。确保SiC中介层的绝对纯净与结构完美，是维系整个庞大计算系统可靠性的基石。 

结论：从“有即可”到“完美无缺”的时代转变

过去，碳化硅的应用集中在工业和汽车领域，对缺陷有一定的容忍度。然而，在进入AI眼镜的微型化世界和 英伟达CoWoS代表的超高价值、超高复杂度系统时，材料缺陷的容忍度已降至为零。每一个“碳包裹”缺陷，都直接威胁着终端产品的性能极限、可靠性与商业成功。

因此，攻克“碳包裹”等衬底缺陷，已非单纯的学术或工艺改进课题，而是支撑下一代人工智能、先进计算和消费电子革命的关键材料攻坚战。

Rost等假设了“浓度模型”，提出气相中物质比的变化是碳包裹体出现的主要原因。Li等发现种子石墨化可以在生长开始前诱导碳包裹。由于富硅气氛从坩埚中逸出，以及硅气氛与石墨坩埚和其他石墨元素的积极相互作用，碳化硅源的石墨化是不可避免的。因此，生长腔中相对较低的Si分压可能是碳包裹体出现的主要原因。然而，Avrov等认为碳包裹体不是由硅亏缺引起的。因此，过量硅引起的石墨元素的强烈腐蚀可能是碳夹杂物出现的主要原因。本文的直接实验证据表明，源表面的细小碳颗粒可以被驱动进入碳化硅单晶的生长前沿，形成碳包裹体。这一结果表明，生长腔中细小碳颗粒的生成是碳包裹体出现的主要原因。碳化硅单晶中碳包裹体的出现不是由于生长腔中Si的低分压，而是由于碳化硅源的石墨化和石墨元素的腐蚀而形成的连接较弱的碳颗粒。

实验：在粉末源表面放置有多个穿孔圆孔的石墨板

夹杂物的分布似乎与源表面石墨板的模式非常相似。单晶晶片中夹杂物自由区呈圆形。无夹杂物区域的直径约为3mm，与穿孔圆孔的直径完全对应。说明了碳包裹来自于原料区，也就是原料的石墨化引起碳包裹缺陷。

碳化硅长晶一般需要100-150h，越到生长后期，原料的石墨化将越来越严重，在生长厚晶体的需求下，解决原料石墨化是一个关键问题。

表面积与体积之比：化学系统中的物质表面积的增长速度远小于体积的增长速度。因此，颗粒尺寸越大，其表面积与体积之比（表面积/体积）就越小。

蒸发发生在表面：只有位于颗粒表面的原子或分子才有机会脱离进入气相。因此，蒸发的速率和总量直接与颗粒暴露的表面积相关。

大颗粒的蒸发特征：较小的表面积/体积。较少的表面分子/原子，可供蒸发的表面位点相对较少。（一个大颗粒和多个小颗粒），慢的蒸发速率： 单位时间内从颗粒表面逸出的分子/原子数量较少。  更均匀的蒸发（种类变化小）：由于表面相对较小，内部物质扩散到表面需要更长的路径和时间。蒸发主要发生在最外层。

小颗粒原料（大表面积体积比）： “不经烧” (蒸发/升华剧烈变化)：小颗粒几乎整个颗粒都暴露在高温中 “气”变快： 它们升华得非常快，而且初始阶段主要释放最容易升华的成分（通常是富硅的气体）。很快，小颗粒表面的成分就变得富碳（碳相对难升华）。这导致升华气体的成分前后差别巨大——开始富硅，后期富碳。

由上图可见扩大原料粒径，有利于抑制原料的Si组分优先挥发，让生长全程气相组分更加稳定，解决原料的石墨化问题，大颗粒CVD料尤其在＞8mm尺寸的原料，有望彻底解决原料的石墨化问题，从而解决衬底碳包裹缺陷。

CVD法合成的大颗粒、高纯、化学计量比准确的SiC原料，通过其固有的低表面积体积比特性，为PVT法生长SiC单晶提供了一个高度稳定、可控的升华源。这不仅是原料形式的改变，更是从源头上重塑并优化了PVT法的热力学与动力学环境。

其应用优势直接转化为：

①更高的单晶质量：为制造适用于高压大功率器件（如MOSFET、IGBT）的低缺陷衬底奠定材料基础。

②更优的工艺经济性：提升生长速率稳定性、原料利用率和工艺良率，有助于降低昂贵的SiC衬底成本，推动下游应用普及。

③更大的晶体尺寸：稳定的工艺条件更有利于向8英寸及更大尺寸SiC单晶的产业化进军。