高压浮区法单晶炉

锂离子电池由于具有能量密度高、寿命长、充电快、安全可靠、绿色环保等诸多优异性能，与当今人民的日常生活已密不可分，在手机、电脑、电动车、电动汽车、航空航天等领域均有广泛的应用。 其中，Li2FeSiO4作为新一代锂离子电池阴材料，由于具有价格低廉、环境友好、安全性好等优势，在大型动力锂离子电池应用方面具有良好的前景。然而，Li2FeSiO4材料在不同温度具有不同的结构相（∼ 400 °C :Pmn21, , ∼ 700 °C ：P121/n1, and ∼ 900 °C :Pmnb），因此，研究其不同结构的电化学性质对于进一步对其进行改性研究尤为重要。 Waldemar Hergetta等人[1]采用高压光学浮区法获得了高温相（Pmnb）Li2FeSiO4单晶，并研究了晶体生长工艺参数对杂相的影响，相关结果已发表在Journal of Crystal Growth。作者所采用的高压光学浮区炉为德国SciDre公司的HKZ高压光学浮区法单晶炉。温度梯度分布[1]XRD图谱及晶体实物图片[1] 德国SciDre公司推出的HKZ高温高压光学浮区法单晶炉高可实现3000℃及以上的生长温度，晶体生长腔大压力可达300 bar，可实现10-5 mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。德国SciDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉外观图参考文献：[1]. Waldemar Hergett, Christoph Neef, Hans-Peter Meyer, Rüdiger Klingeler, Challenges in the crystal growth of Li2FeSiO4, Journal of Crystal Growth, Volume 556, 2021, 125995,ISSN 0022-0248, https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2020.125995.

近日，德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉在中国科学院物理研究所怀柔园区材料基因组研究平台顺利完成安装调试。HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉能够提供2200–3000℃甚至更高的生长温度，晶体生长腔大压力可达300 bar，低可实现10-5 mbar的高真空，适用于生长各种超导材料单晶，介电和磁性材料单晶，氧化物及金属间化合物单晶等。ScIDre单晶炉技术特点：► 采用垂直式光路设计► 采用高照度氙灯，多种功率规格可选► 熔区温度：高可达3000℃► 熔区压力：10 bar/50 bar/100 bar/150 bar/300 bar等多种规格可选► 氧气/氩气/氮气/空气/混合气等多种气路可选► 采用光阑控制技术，加热功率从0-100% 连续可调► 样品腔可实现低10-5 mbar真空环境► 丰富的可升选件 中国科学院物理研究所除了聚焦基础前沿问题，扎根中关村科研攻关外，还积响应科技战略布局，投入北京科创中心怀柔科学城、粤港澳大湾区科创中心松山湖材料实验室以及长三角物理研究中心的建设。Quantum Design中国非常荣幸将德国ScIDre公司推出的HKZ高温高压光学浮区法单晶炉安装于该平台，该系统将为用户单位在氧化物晶体生长及各种新材料探索等诸领域的科研工作提供相关单晶样品制备支持！德国ScIDre公司的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉外观图：系统内部结构实物图： 参考信息来源：http://www.iop.cas.cn/gkjj/skjj/

低维磁性材料具有非常丰富和奇特的物理性质，且与多铁性和高温超导电性等材料密切相关。对低维磁性材料的物理性质进行研究有助于探索相关奇异现象的根本机制，从而对寻求新的功能材料提供帮助。因此，近年来关于低维磁性材料的研究吸引了科学家们的广泛关注。近日，德国马普固体化学物理研究所的学者A. C. Komarek等人[1,2]在准一维伊辛自旋链材料CoGeO3中发现了非常明显的1/3磁化平台，并通过中子衍射手段详细探究了其微观自旋结构。研究表明，初的零场反铁磁自旋结构的变化，类似于反铁磁“畴壁边界”的形成，从而产生一种具有1/3整数传播矢量的调制磁结构。净磁矩出现在这些“畴壁”上，而所有反铁磁链排列的三分之二仍然可以保留。同时A. C. Komarek等人也提出了一个基于各向异性受挫方形晶格的微观模型来解释其实验结果。更为详细的报道可参考相关文献[1,2]。A. C. Komarek等人所用的CoGeO3单晶样品由高压光学浮区法单晶炉(型号：HKZ, 制造商：德国ScIDre公司)制备获得[2]，文章中报道的CoGeO3单晶生长参数为：Ar/O2混合气（比例98:2），压力80 bar，生长速度3.6 mm/hour。CoGeO3单晶实物图片 引自[2] 德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉高可实现3000℃及以上的生长温度，晶体生长腔大压力可达300 bar，可实现10-5 mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉外观图 参考文献：[1] Emergent 1/3 magnetization plateaus in pyroxene CoGeO3, H. Guo, L. Zhao, M. Baenitz, X. Fabrèges, A. Gukasov, A. Melendez Sans, D. I. Khomskii, L. H. Tjeng, and A. C. Komarek, Phys. Rev. Research 3, L032037[2] Single Crystal Growth and Physical Properties of Pyroxene CoGeO3，Zhao, L. Hu, Z. Guo, H. Geibel, C. Lin, H.-J. Chen, C.-T. Khomskii, D. Tjeng, L.H. Komarek, A.C. Crystals 2021, 11, 378.

近日，德国SciDre高温高压光学浮区法单晶炉（HKZ系列）分别在中国科学院固体物理研究所和南昌大学顺利完成了安装调试。光学浮区法单晶生长工艺具有无需坩埚、无污染、生长快速、易于实时观察晶体生长状态等诸多优点，有利于缩短晶体的研究周期并加快难以生长晶体的研究进展，非常适合晶体生长研究，近年来备受关注，现已被广泛应用于各种超导材料、介电和磁性材料以及其它各种氧化物及金属间化合物的单晶生长。 图1：现场安装培训 图2：现场安装培训 目前，高熔点、易挥发性材料的浮区法单晶生长是一大棘手问题，德国SciDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉成功地克服了这一技术难题。HKZ可提供高达3000℃以上的生长温度，晶体生长腔大压力可达300bar。HKZ的诞生进一步优化了光学浮区法单晶炉的生长工艺条件，使得高熔点、易挥发性材料的单晶生长成为了可能。图3：德国SciDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉德国SciDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉技术特色：◆ 能够同时实现高压力300bar大气压（选配）和高温度3000℃（选配）；◆ 能够分别立控制不同气体的流速和流量，能够实现样品生长的气体定速定量混合反应；◆ 在保持灯泡输出功率恒定的情况下，采用调节光阑（shutter）的方式对熔区进行控温，从而能够有效延长灯泡使用寿命；◆ 能够针对不同温度需求采用不同功率的灯泡，从而对灯泡进行有效利用，大化灯泡使用效率和寿命；◆ 拥有丰富的功能选件可进行选择和拓展，包括熔区红外测温选件、高1×10-5mbar的高真空选件、实现氧含量达10-12PPM的气体除杂选件、对长成的单晶可提供高压氧环境退火装置选件。图4：德国SciDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉原理示意图 Quantum Design 团队在中国科学院固体物理研究所和南昌大学进行的德国SciDre高温高压光学浮区法单晶炉（HKZ系列）的安装调试工作受到了客户和制造商的一致好评。我们也祝愿广大Quantum Design用户科研顺利！

超导材料和性质的研究一直是当前凝聚态物理领域的热点之一，自从上个世纪在铜氧化物或酮酸盐中发现高温超导以来，关于其他类铜氧化物材料及其高温超导电性的研究也从未停止过。由于镍在元素周期表中处于铜的邻近位置，二者在性质上有些共同之处，因此镍氧化物或镍酸盐也常被认为是一种极具潜力的高温超导备选材料。 2019年平面镍酸盐中超导性的发现再次向人们提出了Ni1+化合物和Cu2+铜酸盐两种超导体的电子结构和相关性对比研究问题。近期，Haoxiang Li等人[1]对三层镍酸盐Pr4Ni3O8做了角分辨光电子能谱（ARPES）研究，研究表明Pr4Ni3O8具有类似于空穴掺杂铜酸盐的费米面，二者类似但却又非常不同。具体来说，Pr4Ni3O8费米面的主要部分与双层铜酸盐的主要部分非常相似，但Pr4Ni3O8的费米面还有一个额外的部分可以容纳额外的空穴掺杂。Haoxiang Li等人发现镍酸盐中的电子相关性大约是铜酸盐的两倍，并且几乎与k无关，这表明其起源于局域效应，可能是莫特相互作用；而铜酸盐中的相互作用则不那么局域化。尽管如此，镍酸盐仍然表现出电子散射率中的奇异金属行为。了解这两个强相关超导体家族之间的异同极具挑战性。关于该项工作的更多研究内容可参考文献[1]。Crystal structure and Fermi surface of Pr4Ni3O8 图片引自[1]Comparing electronic correlation effects of Pr4Ni3O8 and cuprates 图片引自[1] Haoxiang Li等人在该项研究中所用的Pr4Ni3O8单晶样品是在德国ScIDre公司的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶生长设备中制备获得（O2气氛，140 bar压力）。德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉可实现高达3000℃及以上的生长温度，晶体生长腔压力可达300 bar，可实现10-5 mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉外观图（点击查看设备详情） [1] Electronic structure and correlations in planar trilayer nickelate Pr4Ni3O8 Li H, Hao P, Zhang J, Gordon K, Linn AG, Chen X, Zheng H, Zhou X, Mitchell JF, Dessau DS. Sci. Adv. 9, eade4418 (2023) 13 January 2023 Doi: 10.1126/sciadv.ade4418

高温铜氧化物的超导电性是凝聚态物理中的一个重要问题。围绕该研究，目前国内外科学家在该领域已经做了大量工作，其中包括研究具有相似结构的替代过渡金属氧化物中的三维电子机制。遗憾的是，在这些类似的化合物中没有一种呈现超导性。 近期，美国阿贡实验室科研人员研究发现低价准二维三层化合物Pr4Ni3O8没有出现La4Ni3O8中的电荷条纹序，取而代之的是从而表现出金属性。X射线吸收光谱表明，金属Pr4Ni3O8在费米能之上的未被占据态具有低自旋构型，具有明显的轨道化和明显的dx2-y2特征，这正是铜氧化物超导体的重要特点。密度泛函理论计算也证实了这一结果，并表明dx2-y2轨道在近Ef能占据态中也占主导地位。因此，Pr4Ni3O8属于空穴掺杂铜氧化物的3d电子机制，它是迄今为止报道的接近铜氧化物超导的类似材料之一，如果可以实现电子掺杂则有望在该体系中实现高温超导性。相关结果发表在Nature Physics（Volume 13, pages 864–869 (2017), DOI: 10.1038/NPHYS4149）。 该项研究工作所用R4Ni3O10 (R=La,Pr)单晶样品由德国SciDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉成功制备。其中，La4Ni3O10单晶生长采用20bar氧压条件，Pr4Ni3O10单晶生长采用140bar氧压条件，O2流速为0.1L/min；R4Ni3O8单晶样品由R4Ni3O10单晶样品去除O2获得。高温高压光学浮区炉垂直式双镜设计加热区原理图 德国SciDre公司推出的高温高压光学浮区法单晶炉高可实现高达3000℃高温，高压力可达300bar，多种规格可根据用户需求提供选择，该单晶生长系统一经推出便备受国内广大同行青睐！目前中国科学院物理研究所、中国科学院固体物理研究所、北京师范大学、复旦大学、上海大学、南昌大学以及中山大学等众多用户均选择了该设备！

量子自旋液体这一概念一经提出便吸引了众多物理学家的目光，这不仅源于其应用前景，如高温超导机理、量子计算，更因为其背后蕴含复杂深刻的物理。经过四十多年研究，人们已经取得了很多理论方面的成果，提出了多种多样的量子自旋液体的基态。图1 带有中子的蜂巢晶格上的自旋液体的激发过程实验上对量子自旋液体的探索虽然也取得了一些成果。2016年4月，剑桥及其合作机构的研究人员次在一种结构类似石墨烯的二维材料中测量到被称为“马拉约那费米子”的分数化粒子，并且能很好地与Kitaev模型相契合。但是，公认的量子自旋液体存在的实验证据仍然缺乏，一方面是因为量子自旋液体这种新奇的物质态没有类似传统相变所对应的对称性破缺和序参量，另一方面是因为很多量子自旋液体候选材料无法生长高质量大尺度的单晶样品，因此阻碍着人们对量子自旋液体的深入研究，使得量子自旋液体在实验上的实现仍然悬而未决。经过长时间的艰苦摸索，复旦大学赵俊课题组利用新建成的德国SciDre高温高压光学浮区单晶炉成功的生长出了高质量、大尺度的YbMgGaO4单晶样品，这让深入研究该样品的微观性质成为可能。随后赵俊老师课题组与陈钢老师课题组及其合作者利用中子散射技术在量子自旋液体候选材料YbMgGaO4中次观测到了分数化自旋激发----完整的自旋子激发谱，相关研究论文“Evidence for a spinon Fermi surface in a triangular lattice quantum spin liquid candidate”于2016年12月5日在线发表于《自然》（Nature）杂志（DOI: 10.1038/nature20614）。 图2 低温70mK下测得的子自旋激发谱（覆盖了布里渊区大片区域）图3 基于自旋子费米面的粒子-空穴激发计算得到的激发谱这项研究是次在二维三角格子体系中观测到了完整的自旋子激发谱，表明量子自旋液体领域的研究又前进了一大步，同时也为量子自旋液体的研究注入了新的动力。我们期待赵俊教授在接下来的科研工作中取得更多的成就。更多相关产品信息请前往：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/

化学性质活泼、高熔点、高压、高质量单晶生长法宝！ 新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ助您实现高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。高精度光学浮区法单晶炉-IRF助您实现高温超导体、介电材料、磁性材料、热电材料、金属间化合物、半导体、激光晶体等材料的生长工作。高温高压光学浮区炉助您实现各种超导材料单晶，介电和磁性材料单晶，氧化物及金属间化合物单晶等材料的生长。四电弧高温单晶生长炉助您实现化学性质活跃但熔点高的金属间化合物，包括含有稀土元素（或者金属铀）的二元及四元金属间化合物、合金单晶等材料的生长。高质量单晶生长设备——单晶炉系列1. 高精度光学浮区法单晶炉在休斯勒型镍-锰基合金磁致冷材料领域的应用 休斯勒（Heusler）型的镍-锰基材料自从发现其巨磁热效应以来，在过去的几十年中已成为被广泛研究的热点新型磁致冷材料之一。研究发现，休斯勒型铁磁性材料镍-锰-锡在从高温至低温的变温过程中会发生高温相（铁磁奥氏体相）到低温相（顺磁马氏体相）的转变，且该转变受磁场调制。高对称性的奥氏体相经一结构相变成低对称性的马氏体相，会造成磁有序降低，磁熵增加，这一过程为吸热过程，亦即形成反磁热效应，这也是磁致冷的基本原理。而休斯勒型镍-锰-锡合金材料也因为其成本廉价、无毒、无污染、易于获取、磁热效应显著、相变温度可调等一系列的特点成为一种具应用潜力的室温磁致冷材料。 研究表明，休斯勒型镍-锰-锡合金的单晶材料具有更大的磁效应导致的应变或磁热效应，且具有强烈的各向异性特点，因此研究者希望其单晶或单向织构晶体具有更加优异的磁性能。目前，已有学者采用布里奇曼技术和Czochralski方法制备出了镍-锰-镓和镍-锰-铟材料的单晶材料，但镍-锰-锡合金由于在晶体生长过程中易形成氧化锰，因此其高质量的单晶样品制备具挑战性。上海大学的余金科等人克服了镍-锰-锡合金单晶生长中的氧化锰形成及挥发的难题，采用光学浮区技术成功合成了高质量的镍-锰-锡合金单晶样品。晶体生长过程及样品腔实物图片晶体实物及解理面图片 余金科等人所用的光学浮区法单晶炉为Quantum Design日本公司推出的新一代高精度光学浮区炉单晶炉，文献中报道的相关晶体生长工艺参数为：生长速度6 mm/小时；转速（正、反）15转/分钟，氩气压力7bar。 Quantum Design 日本公司推出的高温光学浮区法单晶炉，采用镀金双面镜、高反射曲面设计，高温度可达2100℃-2200℃，系统采用高效冷却节能设计（不需要额外冷却系统），稳定的电源输出保证了灯丝的恒定加热功率，这对于获得高质量单晶至关重要。浮区炉技术特色：■ 占地空间小，操作简单，易于上手，立支撑设计■ 镀金双面高效反射镜，加热效率更高■ 可实现高温度2150°C■ 稳定的电源■ 内置闭循环冷却系统，无需外部水冷装置■ 采用商业化标准卤素灯 参考信息来源：[1]. Optical Floating-Zone Crystal Growth of Heusler Ni-Mn-Sn Alloy. Yu, Jinke & Ren, Jian & Li, Hongwei & Zheng, Hongxing. (2015). TMS Annual Meeting. 2015. 49-54.[2]. Ni-Mn-Sn(Co)磁制冷薄带材料结构相变及磁性能表征，王戊 硕士论文，上海大学 2. 高精度光学浮区法单晶炉在磁电领域取得重要进展在人类漫长的历史发展长河中，“材料学”贯穿了其整个历程。从人类活动早期开始使用木制工具，到随后的石器、金石并用（此时的金属主要指铜器）、青铜、铁器等各个时代，再到后来的蒸汽、电气、原子、信息时代，每个发展阶段无不伴随着人类对材料的认识和利用。在诸多材料中，铁是人类早认识和使用到的材料之一，早在西周以前我国就已开始将铁用于生产生活中[1]；人们在长期的实践中也逐渐认识到相关材料的磁性并将其运用于实践中，司南就是具代表性的发明。这些在不少历史典籍中都有记载，比如：《鬼谷子谋篇十》记载：“故郑人取玉也，载司南之车，为其不惑也。夫度材量能揣情者，亦事之司南也”；《梦溪笔谈》提到：“方家以磁石磨针缝，则能指南”；《论衡》书曰：“司南之杓，投之于地，其柢指南”等等[2]。由此可见，人们对磁性材料的兴趣也算由来已久。 当时代来到21世纪，化学、物理、生物、医学、计算机等各个领域的技术都有了前所未有的突破，先进的生产力也将人类的文明推进智能工业化、信息化时代，随之而来的是人们对材料的更高要求。在诸多材料当中，多铁材料兼具铁磁、铁电特性，二者之间有着特的磁电耦合特性；与此同时，磁场作用下的电化和电场作用下的磁化等性质为未来功能材料探索和发展提供了更为宽广的选择和可能，在存储、传感器、自旋电子、微波器件、器件小型化等领域拥有巨大的潜在价值。2007年的《科学》杂志对未来的热点发展问题进行了报道，其中，多铁材料作为的物理类问题入选[3]。因此，研究并深刻理解磁电耦合和多铁材料背后的机理，有着非常重要的理论价值和实践意义。 近期，哈尔滨工业大学的W.Q.Liu等人对磁电材料Mn4Nb2O9单晶样品进行了深入的研究。研究表明：零磁场测试介电常数时，没有发现介电常数的反常，此时Mn4Nb2O9基态表现为顺电特性；而在磁场条件下，介电常数在Neel温度处发生突变的峰，且随着磁场的增加介电峰也增强，且峰位向低温端偏移，这意味着磁场有抑制反铁磁转变的趋势；高场（H≥4T）下的介电常数-温度依赖关系也跟H2正比关系，由此也表明Mn4Nb2O9是线性磁电材料。更多研究结果可参考文献[4]。以上图片引自文献[4].在该项研究工作中，作者合成Mn4Nb2O9单晶样品所用设备为Quantum Design Japan公司的高精度光学浮区法单晶炉，文章中所用单晶生长参数为：Ar气氛流速4 L/min,生长速度6 mm/h,转速25 rpm。参考信息来源：[1]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1713600818043231130&wfr=spider&for=pc[2]. https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%B8%E5%8D%97/3671419?fr=aladdin[3]. https://www.science.org/doi/10.1126/science.318.5858.1848[4]. Wenqiang Liu, Long Li, Lei Tao, Ziyi Liu, Xianjie Wang, Yu Sui, Yang Wang, Evidence of linear magnetoelectric effect in Mn4Nb2O9 single crystal, Journal of Alloys and Compounds,Volume 886,2021,161272,ISSN 0925-8388, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161272.3. 高温高压光学浮区法单晶炉在外尔半金属材料领域应用案例 1929年，德国科学家外尔（Weyl）解出了无质量粒子的狄拉克方程，相应的无质量粒子被称为外尔费米子。然而直到2015年科研人员才在实验中观察到外尔费米子，被中国科学院物理研究所的研究人员报道，距离外尔费米子概念的提出，足足过去了近90年。2018年科研人员通过性原理计算预言RAlGe（R=Pr，Ce）体系有望成为新的磁性外尔半金属。目前人们对RAlGe（R=Pr，Ce）材料的物理性质研究还比较少，更进一步深入的实验研究需要大尺寸的单晶样品去支持。 H. Hodovanets等人曾用助熔剂方法生长CeAlGe单晶，但由于实验中需要用到SiO2容器，导致用该方法获取的单晶样品中会存在Si杂质，同时伴有CeAlSi相；另外，轻微的Al富集会导致形成不同的晶体结构。这些都大限制了拓扑外尔点的形成。因此，获取化学计量比的单晶样品对于研究材料的物理性质非常重要。Pascal Puphal等人近期的研究工作报道了其分别用助熔剂方法和高温高压浮区法两种晶体生长技术获得的RAlGe（R=Pr，Ce）单晶样品及研究成果。尽管作者为了避免Si的污染，采用了Al2O3坩埚，但终样品中Al的含量偏高问题依然存在，单晶样品表面成分：Ce1.0(2)Al1.3(5)Ge0.7(3)/ Pr1.0(1)Al1.2(2)Ge0.8(2)，剥离面成分为：Ce1.0(1)Al1.12(1)Ge0.88(1)/Pr1.0(1)Al1.14(1)Ge0.86(1)。而采用浮区法则生长出了近乎理想化学计量比（1：1：1）的单晶样品，成分分别为：Ce1.02(7)Al1.01(16)Ge0.97(9)和Pr1.08(24)Al0.97(7)Ge0.95(17)。 浮区法得到的晶体的劳厄图片 Pascal Puphal等人所采用的浮区法单晶炉为德国ScIDre公司的HKZ高温高压光学浮区炉，文献中提到的相关实验参数为：5 KW功率的氙灯，晶体生长速度为1 mm/小时，CeAlGe采用30 bar的Ar保护气氛，PrAlGe采用5 bar的Ar保护气氛。德国ScIDre公司推出的高温高压光学浮区法单晶炉高能够提供3000℃的生长温度，晶体生长腔大压力可达300 bar，甚至10-5 mbar的高真空。适用于生长各种超导材料单晶，介电和磁性材料单晶，氧化物及金属间化合物单晶等。ScIDre单晶炉技术特色：► 采用垂直式光路设计► 采用高照度短弧氙灯，多种功率规格可选► 熔区温度：高达3000℃► 熔区压力：10bar/50bar/100bar/150bar/300bar等多种规格可选► 氧气/氩气/氮气/空气/混合气等多种气路可选► 采用光栅控制技术，加热功率从0-100% 连续可调► 样品腔可实现低10-5 mbar真空环境► 丰富的可升选件 参考信息来源：[1]. http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/201507/t20150720_4395729.html[2]. Single-crystal investigation of the proposed type-II Weyl semimetal CeAlGe, H. Hodovanets, C. J. Eckberg, P. Y. Zavalij, H. Kim, W.-C. Lin, M. Zic, D. J. Campbell, J. S. Higgins, and J. PaglionePhys.Rev. B 98, 245132 (2018).[3]. Bulk single-crystal growth of the theoretically predicted magnetic Weyl semimetals RAlGe (R = Pr, Ce), Pascal Puphal, Charles Mielke, Neeraj Kumar, Y. Soh, Tian Shang, Marisa Medarde,Jonathan S. White, and Ekaterina Pomjakushina, Phys. Rev. Materials 3, 0242044. 高温高压光学浮区法单晶炉在准一维伊辛自旋链材料领域应用进展 低维磁性材料具有非常丰富和奇特的物理性质,且与多铁性和高温超导电性等材料密切相关。对低维磁性材料的物理性质进行研究有助于探索相关奇异现象的根本机制,从而对寻求新的功能材料提供帮助。因此，近年来关于低维磁性材料的研究吸引了科学家们的广泛关注。近日，德国马普固体化学物理研究所的学者A. C. Komarek等人[1,2]在准一维伊辛自旋链材料CoGeO3中发现了非常明显的1/3磁化平台，并通过中子衍射手段详细探究了其微观自旋结构。研究表明，初的零场反铁磁自旋结构的变化，类似于反铁磁“畴壁边界”的形成，从而产生一种具有1/3整数传播矢量的调制磁结构。净磁矩出现在这些“畴壁”上，而所有反铁磁链排列的三分之二仍然可以保留。同时A. C. Komarek等人也提出了一个基于各向异性受挫方形晶格的微观模型来解释其实验结果。更为详细的报道可参考文献相关文献[1,2]。A. C. Komarek等人所用的CoGeO3单晶样品由高压光学浮区法单晶炉(型号：HKZ, 制造商：德国ScIDre公司)制备获得[2]，文章中报道的CoGeO3单晶生长参数为：Ar/O2混合气（比例98:2），压力80 bar，生长速度3.6 mm/hour。CoGeO3单晶实物图片 引自[2] 参考信息来源：[1]. Emergent 1/3 magnetization plateaus in pyroxene CoGeO3, H. Guo, L. Zhao, M. Baenitz, X. Fabrèges, A. Gukasov, A. Melendez Sans, D. I. Khomskii, L. H. Tjeng, and A. C. Komarek, Phys. Rev. Research 3, L032037[2]. Single Crystal Growth and Physical Properties of Pyroxene CoGeO3，Zhao, L. Hu, Z. Guo, H. Geibel, C. Lin, H.-J. Chen, C.-T. Khomskii, D. Tjeng, L.H. Komarek, A.C. Crystals 2021, 11, 378.5. 高温高压光学浮区法单晶炉在锂离子电池领域新应用进展 锂离子电池由于具有能量密度高、寿命长、充电快、安全可靠、绿色环保等诸多优异性能，其与当今人民的日常生活已密不可分，在手机、电脑、电动车、电动汽车、航空航天等领域均有广泛的应用。 其中，Li2FeSiO4作为新一代锂离子电池阴材料，由于具有价格低廉、环境友好、安全性好等技术优势，因此在大型动力锂离子电池应用方面具有良好的前景。然而，Li2FeSiO4材料在不同温度具有不同的结构相（∼ 400 °C :Pmn21, , ∼ 700 °C ：P121/n1, and ∼ 900 °C :Pmnb），研究其不同结构的电化学性质对于进一步对其进行改性研究尤为重要。 Waldemar Hergetta等人[1]采用高压光学浮区法获得了高温相（Pmnb）Li2FeSiO4单晶，并研究了晶体生长工艺参数对杂相的影响，相关结果已发表在Journal of Crystal Growth。作者所采用的高压光学浮区炉为德国ScIDre公司的HKZ高压光学浮区法单晶炉，文章报道的晶体生长参数为：生长速度10 mm/h，保护气氛Ar（30 bar）。温度梯度分布 引自[1]XRD图谱及晶体实物图片 引自[1]参考信息来源： [1]Waldemar Hergett, Christoph Neef, Hans-Peter Meyer, Rüdiger Klingeler, Challenges in the crystal growth of Li2FeSiO4, Journal of Crystal Growth, Volume 556,2021,125995,ISSN 0022-0248, https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2020.125995.

随着信息、电子和电力工业的快速的发展，以低成本生产具有高介电常数损耗的材料成为当前关注的热点，高介电常数材料无论是在电力工程，还是在微电子行业都具有十分重要的作用，研究高介电常数材料的结构与性能，对其介电机理、压敏机理和晶界效应的探讨具有深远意义。 (InNb)0.1Ti0.9O2陶瓷不仅具有高介电系数，同时具有较小的介电损耗，是一种具应用前景的巨介电材料。这种优异的介电性质的产生机理尚处于研究阶段，单晶样品是分析材料本征性质的有利武器。由于介电测试对于样品尺寸的特殊要求，为更真实地反应样品的介电性质，获得大尺寸、高质量的 (InNb)0.1Ti0.9O2单晶变得尤为重要。浮区法单晶炉高效镀金双瓣对焦 哈尔滨工业大学宋永利等人利用光学浮区法，通过对生长条件(气氛、气压、流量、生长速率)的控制，终获得了大尺寸(4mm直径、30mm长)的单晶样品。该单晶样品的制备使用的是Quantum Design公司推出的光学浮区法单晶炉。这款高性能单晶炉采用镀金双面镜、高反射曲面设计，高温度超过2000℃；系统采用高效冷却节能设计（无需额外冷却系统），稳定的电源输出保证了灯丝的高精度恒定加热功率，可制备高质量的单晶。光学浮区法单晶炉 型号：IRF01-001-00 浮区法的主要优点是不需要坩埚，故加热不受坩埚熔点限制，因此可以生长熔点高材料；生长出的晶体沿轴向有较小的组分不均匀性，在生长过程中容易观察等。浮区法晶体生长过程中，熔区的稳定是靠表面张力与重力的平衡来保持，因此，材料要有较大的表面张力和较小的熔态密度，故浮区法对加热技术和机械传动装置的要求都比较严格。相关产品链接高精度光学浮区法单晶炉 http://www.instrument.com.cn/netshow/C121152.htm

浮区法单晶生长技术在晶体生长过程中具有无需坩埚、样品腔压力可控、生长状态便于实时观察等诸多优点，目前已被公认为是获取高质量、大尺寸单晶的重要手段之一。激光浮区法单晶生长系统可广泛用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。Quantum Design中国引进的高性能激光浮区法单晶生长系统，传承了日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念，具有更高功率、更加均匀的能量分布和更加稳定的性能。 图1：RIKEN（CEMS）设计的五束激光发生器原型机实物图2：RIKEN（CEMS）设计的同源五束激光发生器原型机原理图 与传统的激光浮区法单晶生长系统相比，新一代激光浮区法单晶炉系统具有四项技术优势：● 采用技术五束激光设计，确保熔区能量分布更加均匀；（号：JP2015-58640）● 更加科学的激光光斑优化方案，有助于降低晶体生长过程中的热应力；（号：JP2017-136640, JP2017-179573 ）● 采用了特的实时温度集成控制系统。（号：JP2015-78683 ） 采用新一代激光浮区法单晶炉系统生长出的部分单晶体：（图片由 Dr. Y. Kaneko (RIKEN CEMS) 提供）Sr2RuO4Ba2Co2Fe12O22SmB6Y3Fe5O12 新一代激光浮区法单晶炉系统主要技术参数：加热控制激光束源5束同源设计激光功率2KW熔区可实现高温：~3000℃*测温范围900℃~3500℃温度稳定性+/-1℃晶体生长控制晶体生长大设计长度150mm*晶体生长大设计直径8mm*晶体生长大速度/转速200mm/hr 40rpm样品腔真空度/压力10-4torr to 10 bar样品腔气氛O2/Ar/混合气晶体生长监控高清摄像头晶体生长控制PC控制其它占地面积D140 xW210 x H200 (cm)除此之外，Quantum Design还推出了多款光学浮区法单晶炉以满足不同的单晶生长需求。高温光学浮区法单晶炉：采用镀金双面镜以避免四镜加热带来的多温区点、高反射曲面设计，高温度可达2100-2200摄氏度，高效冷却节能设计不需要额外冷却系统，稳定的电源输出保证了灯丝的恒定加热功率。适用于生长高温超导体、介电和磁性材料、金属间化合物、半导体/光子晶体/宝石等。德国SciDre公司的高温高压光学浮区炉：能够提供2200–3000℃以上的生长温度，晶体生长腔可大压力可达300Bar，甚以及10-5mBar的高真空。适用于生长各种超导材料单晶，介电和磁性材料单晶，氧化物及金属间化合物单晶等。Quantum Design中国期望能够给予浮区法晶体生长技术的科研学者更多的支持与帮助！

在人类漫长的历史发展长河中，“材料学”贯穿了其整个历程。从人类活动早期开始使用木制工具，到随后的石器、金石并用（此时的金属主要指铜器）、青铜、铁器等各个时代，再到后来的蒸汽、电气、原子、信息时代，每个发展阶段无不伴随着人类对材料的认识和利用。在诸多材料中，铁是人类早认识和使用到的材料之一，就我们中国而言，早在西周以前我国就已开始将铁用于生产生活中[1]；人们在长期的实践中也开始认识到了相关材料的磁性并将其运用于实践当中，比较有代表性的就是司南的发明。这些在不少历史典籍中都有记载，比如：《鬼谷子谋篇十》记载：“故郑人取玉也，载司南之车，为其不惑也。夫度材量能揣情者，亦事之司南也”；《梦溪笔谈》提到：“方家以磁石磨针缝，则能指南”；《论衡》书曰：“司南之杓，投之于地，其柢指南”等等[2]。由此可见，人们对磁性材料的兴趣也算由来已久。 当时代来到21世纪，化学、物理、生物、医学、计算机等各个领域的技术都有了前所未有的突破，先进的生产力也将人类的文明推进智能工业化、信息化时代，随着而来的是人们对材料的更高要求。在诸多材料当中，由于多铁材料兼具铁磁、铁电特性，二者之间有着特的磁电耦合特性；与此同时，磁场作用下的电化和电场作用下的磁化等性质为未来功能材料探索和发展提供了更为宽广的选择和可能，在存储、传感器、自旋电子、微波器件、器件小型化等领域拥有巨大的潜在应用价值。2007年的《科学》杂志对未来的热点发展问题进行了报道，其中，多铁材料作为的物理类问题入选[3]。因此，研究并深刻理解磁电耦合和多铁材料背后的机理，有着非常重要的理论价值和实践意义。 近期，哈尔滨工业大学的W.Q.Liu等人对磁电材料Mn4Nb2O9单晶样品进行了仔细的研究。研究表明：零磁场测试介电常数时，没有发现介电常数的反常，此时Mn4Nb2O9基态表现为顺电特性；而在磁场条件下，介电常数在Neel温度处发生突变的峰，且随着磁场的增加介电峰也增强，且峰位向低温端偏移，这意味着磁场有抑制反铁磁转变的趋势；高场（H≥4T）下的介电常数-温度依赖关系也跟H2正比关系，由此也表明Mn4Nb2O9是线性磁电材料。更多研究结果可参考文献[4]. 以上图片引自文献[4]. 我们非常荣幸将Quantum Design Japan公司（以下简称QDJ）生产的高精度光学浮区法单晶炉安装于哈尔滨工业大学，并助力W.Q.Liu等学者研究制备出Mn4Nb2O9单晶样品。QDJ公司生产的光学浮区法单晶炉适用于超导材料、铁电材料、磁性材料、半导体材料、光学材料等多种领域材料的晶体制备工作。 该设备主要的技术特色：■ 占地空间小，操作简单，易于上手，立支撑设计■ 采用镀金双面高效反射镜，加热效率更高，温场更加均匀■ 可实现高温度2100°C-2200°C（验收依据为：熔融晶石标样）■ 稳定的电源■ 内置闭循环冷却系统，无需外部水冷装置■ 采用商业化标准卤素灯日本QDJ公司推出的高精度光学浮区法单晶炉外观图 参考文献：[1]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1713600818043231130&wfr=spider&for=pc[2]. https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%B8%E5%8D%97/3671419?fr=aladdin[3]. https://www.science.org/doi/10.1126/science.318.5858.1848[4]. Wenqiang Liu, Long Li, Lei Tao, Ziyi Liu, Xianjie Wang, Yu Sui, Yang Wang, Evidence of linear magnetoelectric effect in Mn4Nb2O9 single crystal, Journal of Alloys and Compounds,Volume 886,2021,161272,ISSN 0925-8388, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161272.

Quantum Design公司近期推出了激光浮区法单晶生长系统，该系统传承日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念，具有更高功率、更均匀的能量分布和更加稳定的性能，其优越的技术性能将助力同行学者和专家的晶体生长工作！浮区法单晶生长技术因其在晶体生长过程中具有无需坩埚、样品腔压力可控、生长状态便于实时观察等诸多优点，目前已被公认为是获取高质量、大尺寸单晶的重要手段之一。激光浮区法单晶生长系统可广泛应用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合端材料（诸如：高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等），以及常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作！跟传统的激光浮区法单晶生长系统相比，Quantum Design公司推出的新一代激光浮区法单晶炉系统具有以下技术优势：■ 功率更高，能量密度更大，加热效率更高■ 采用技术五路激光设计，确保熔区能量分布更加均匀■ 更加科学的激光光斑优化方案，有助于降低晶体生长过程中的热应力■ 采用了特的实时温度集成控制系统新一代激光浮区法单晶炉系统主要技术参数：加热控制激光束 5束激光功率 2KW熔区高温 ～3000℃*测温范围 900℃～3500℃温度稳定性 +/-1℃晶体生长控制大位移距离 150mm*晶体生长大直径 8mm*晶体生长大速度/转速 300 mm/hour 100rpm晶体生长监控 高清摄像头晶体生长控制 PC控制其它 占地面积 D140 xW210 x H200 (cm)* 具体取决于材料及实验条件哈尔滨工业大学科学工程专项建设指挥部暨空间基础科学研究中心致力于各种高熔点、易挥发的超导、磁性、铁电、热电等材料的单晶生长实验及相关物性研究，近日，我司再次同院校哈尔滨工业大学合作，顺利完成新一代高功率激光浮区法单晶炉设备采购订单，推动单晶生长工作迈向更高的台阶，我们也将一如既往，秉承精益求精的研发、设计和加工理念，为用户提供优质的技术和服务，助力用户科研事业更上一层楼!RIKEN（CEMS）设计的五束激光发生器原型机实物图 采用新一代激光浮区法单晶炉系统生长出的部分单晶体应用案例： Sr2RuO4 SmB6 Ba2Co2Fe12O22Y3Fe5O12 * 以上单晶图片由 Dr. Y. Kaneko (RIKEN CEMS) 提供

近日，国内套新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ在天津理工大学晶体研究院顺利完成安装调试。该设备（型号：LFZ-2KW）是由Quantum Design Japan公司传承日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念研发的，具有功率高、能量分布均匀和性能稳定等诸多技术优势，将浮区法晶体生长技术推向一个全新的高度！该设备可广泛用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。与传统的激光浮区法单晶生长系统相比，Quantum Design Japan公司推出的新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ具有以下技术优势：► 功率更高（激光功率2KW）► 采用全新五束激光设计，确保熔区能量分布更加均匀► 更加科学的激光光斑优化方案，可优化晶体生长过程中的温度梯度，进而改善晶体开裂问题► 采用了特的实时温度集成控制系统 天津理工大学功能晶体研究院是在天津理工大学、天津市及同行专家群策群力下成立的，旨在响应创新驱动发展战略，落实“双一 流”建设等重大战略决策，瞄准科技前沿和重大战略需求，同时服务天津区域经济发展而设立。Quantum Design中国非常荣幸将新一代高性能激光浮区法单晶炉安装于该平台，该系统将为用户单位在氧化物光学晶体及各种新材料等诸领域提供相关单晶样品制备支持！ 新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ外观图系统内部结构实物图 参考信息来源：https://yjt.tjut.edu.cn/yjyjj.htm

激光浮区技术(LFZ)，在过去的几十年里，作为一种简单、快速、无需坩埚的生长高质量单晶材料的方法，在高熔点材料的单晶生长领域取得进展。 LFZ与常规光学浮区技术OFZ大的区别是用于加热和熔化的光辐照源不同。OFZ通常是使用椭球镜将卤素灯或者氙灯光源聚焦到生长棒来实现晶体生长。LFZ则是采用激光作为加热光源进行晶体生长，由于激光光束具有能量密度高的特点，因此可实现高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。 随着技术的不断迭代，2020年Quantum Design Japan公司和日本理化研究所Yoshio Kaneko教授密切合作，联合设计开发了新一代高性能激光浮区法单晶炉LFZ，该系统采用了5束激光光路的设计方案，保证了激光辐照强度均匀分布在原材料的环向外围，并提供高功率分别为1.5 kW和2 kW两种规格的系统。此外，在新一代高性能激光浮区炉LFZ的光路设计中，采用了Yoshio Kaneko教授的温度梯度优化设计，能有助于改善晶体生长过程中的剩余热应变弛豫；除此之外，该系统还采用了Yoshio Kaneko教授的温度反馈控制闭环设计方案，实现了温度的实时监控与自动调节。实例讲解：1. 磁性材料Bi2CuO4 传统的磁性记忆合金依赖于双磁态，如铁磁体的自旋向上、自旋向下两种状态。增加磁态数量，且采用无杂散场的反铁磁材料，有望实现更高容量存储。近一篇发表于Nature Communications期刊题为Visualizing rotation and reversal of the Néel vector through antiferromagnetic trichroism的工作表明磁电共线反铁磁Bi2CuO4中不仅具有四个稳定的Néel矢量方向，还存在引人注目的反铁磁三色现象，即在可见光范围内的磁电效应使得吸收系数随光传播矢量和Néel矢量之间的角度变化而取三个离散值。利用这种反铁磁三色性，该工作可实现可视化的场驱动Néel矢量的旋转甚至反转[1]，为电场调控和光学读取的高密度存储器设计提供可能性。 在该篇工作中看，磁性材料Bi2CuO4的制备使用了Quantum Design LFZ1A 激光浮区法单晶炉。该材料表面张力较低，熔融区难以控制，早期研究多采用较快的生长速度，但生长速度过快往往会导致微裂隙的存在而影响样品品质。在此，利用LFZ1A，通过精细调节生长条件，实现了高质量单晶的生长，从而实现了更精细的磁电性质测量。 在晶体生长的初几个小时，为稳定熔融区域，激光电流手动调节在26.9 - 27.4 A范围，随后，便可以切换到自动恒温模式下，生长速度控制在2.0 mmh-1，进料棒和籽晶棒反向旋转10 rpm，实现晶体的超过24 h的稳定生长，而不需要其他的手动操作。晶体生长在流动的纯氧气氛中进行。图1. Bi2CuO4的磁性测量。SQUID面内面外磁化率的测量都表明材料是TN=44K发生了反铁磁转变。单晶棒非常容易从Z平面解理开，插图显示解理面非常光亮，表明了样品的质量很高[1]。 2. 烧绿石Nd2Mo2O7 烧绿石Nd2Mo2O7中，Mo子晶格呈现出自旋倾斜、近乎共线铁磁排布，其标量自旋手性诱导出巨大的拓扑霍尔效应，可应用于霍尔效应传感器。Nd2Mo2O7是一种高挥发性材料，单晶合成需要被加热到1630℃，MoO2等成分高度挥发，并在生长石英管内壁沉积，导致光源辐照受阻，进而导致熔融区域温度降低，生长不稳定。得益于LFZ设备高精度和快速响应的温度控制系统，在熔融区域失稳前，迅速增加激光功率，激光光通量密度比卤素灯高几个量，因而可以迅速将温度提升到1100℃，促进沉积到石英管内壁上的MoO2的再挥发，当沉积与再挥发达到平衡时，激光加热功率稳定下来，终实现晶体的稳定生长。 近发表在Physical Review B期刊题为Robust noncoplanar magnetism in band-filling-tuned (Nd1−xCax)2Mo2O7的工作中，Max Hirschberger等人通过Ca2+取代Nd3+来调控化学势，实现了对Mo子晶格倾斜自旋铁磁稳定性的调控[2]。 他们先利用Quantum Design LFZ制备了一系列不同组分的厘米尺寸单晶(Nd1−xCax)2Mo2O7（x=0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.10, 0.15, 0.22, 0.30和0.40）。在氩气氛下，生长温度控制在1630-1700℃，生长速度为1.8-2 mm/h。对不同组分单晶的磁性研究证明了在x≤0.15时倾斜铁磁态以及自旋倾角具有稳定性。而在x=0.22以上，Mo-Mo和Mo-Nd磁耦合变号，自旋玻璃金属态取代倾斜的铁磁态。图2, (Nd1−xCax)2Mo2O7不同组分磁化曲线和相图。左图：x=0.01, 0.22和0.40的三个组分单晶的场冷曲线，可以清晰的判断出倾斜铁磁态和自旋玻璃态的转变温度。右图：不同组分获得的转变温度总结的相图，包括有倾斜铁磁态、自旋玻璃态和顺磁态[2]。高品质数据的采集得益于高质量的单晶样品和的成分控制。 3. 高熔点材料SmB6 SmB6是早发现的重费米子材料之一，其研究已经有五十多年的历史。随着拓扑领域的发展，近几年人们发现SmB6是一种拓扑近藤缘体。它的电缘性来自于强关联的电子相互作用，不仅如此，它的缘态存在能带反转，具有拓扑非平庸属性，表面会出现无能隙拓扑表面态。由于体态完全缘，这个表面态可以用来做新型二维电子器件[3]。 对SmB6拓扑和低温性质的准确探索，离不开高质量的材料，但因为该材料的高熔点（2350℃），很难通过常规手段获得。而Yoshio Kaneko等人应用Quantum Design LFZ实现了高品质SmB6的生长。生长条件：1标准大气压的氩气氛，气体流速2000 cc/m，生长速率20 mm/h。图3. SmB6单晶形貌图和劳厄衍射图。SmB6单晶表面如镜面般光亮，晶体（111）面的劳厄斑体现了很好的三重对称性，佐证了样品的高品质，适用于拓扑性质的精细测量[4]。 总结 综上，Quantum Design新一代高性能激光浮区法单晶炉（LFZ）与传统浮区法单晶生长系统相比，特的激光光路可实现更高功率、更加均匀的能量分布和更加稳定的性能。LFZ将浮区法晶体生长技术推向一个全新的高度，可广泛应用于制备红宝石、SmB6等高熔点材料，Ba2Co2Fe12O22等不一致熔融材料，以及Nd2Mo2O7、SrRuO3等高挥发性材料，为凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域提供了丰富的高品质单晶储备，使得更精细的单晶性质测量和表征成为可能。图4. 新一代高性能激光浮区法单晶炉LFZ外观图（左）和原型机中被五束激光加热的原料棒（右）。 参考文献： [1]. K. Kimura, Y. Otake, T. Kimura, Visualizing rotation and reversal of the Neel vector through antiferromagnetic trichroism. Nat Commun 13, 697 (2022).[2]. M. Hirschberger et al., Robust noncoplanar magnetism in band-filling-tuned (Nd1−xCax)2Mo2O7. Physical Review B 104, (2021).[3]. N. Kumar, S. N. Guin, K. Manna, C. Shekhar, C. Felser, Topological Quantum Materials from the Viewpoint of Chemistry. Chem Rev 121, 2780-2815 (2021).[4]. Y. Kaneko, Y. Tokura, Floating zone furnace equipped with a high power laser of 1 kW composed of five smart beams. Journal of Crystal Growth 533, 125435 (2020).

近期，德国Scientific Instruments Dresden GmbH（下文简称：ScIDre）公司生产的HKZ系列高温高压光学浮区炉在中国电子科技集团公司第九研究所顺利完成安装调试。图1：德国ScIDre制造商工程师安装现场图片图2：设备运行、调试现场图片 光学浮区法单晶生长工艺具有无需坩埚、无污染、生长快速、易于实时观察晶体生长状态等诸多优点，有利于缩短晶体的研究周期并加快难以生长晶体的研究进展，非常适合晶体生长研究，是目前比较公认的获得优质单晶样品的手段之一，现已被广泛应用于各种超导材料、介电和磁性材料以及其它各种氧化物及金属间化合物的单晶生长。 目前，高熔点、易挥发性材料是浮区法单晶生长领域的技术难点之一。针对于此，德国ScIDre公司研发推出了HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉，设备可提供高达3000℃以上的生长温度，同时晶体生长腔可实现高达300bar的压力，可通过高压手段达到抑制挥发的作用。HKZ的诞生进一步优化了光学浮区法单晶炉的生长工艺条件，拓宽了光学浮区技术的应用场景，使得高熔点、易挥发性材料的单晶生长成为了可能。 图3：德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉技术特色：☛ 采用垂直式光路设计方案，加热更均匀☛ 可同时实现压力高达300bar（选配）和温度高达3000℃（选配）；☛ 能够独立控制不同气体的流速和流量，能够实现样品生长的气体定速、定量混合供气；☛ 在保持氙灯输出功率恒定的情况下，采用调节光阑（shutter）的方式对熔区进行控温；☛ 能够针对不同温度需求采用不同功率的氙灯，从而对灯泡进行有效利用，充分发挥灯泡使用效率和寿命；☛ 拥有丰富的功能选件可进行选择和拓展，包括专利熔区红外测温选件、1×10-5mbar的高真空选件、实现氧含量达10-12PPM的气体除杂选件、对长成的单晶可提供高压氧环境退火装置选件等。 图4：高温高压光学浮区法单晶炉光路原理示意图 中国电子科技集团公司第九研究所（西南应用磁学研究所），主要从事磁性功能材料方向的研发、生产和基础研究，是我国磁学领域重要的综合性应用磁学研究机构之一。Quantum Design中国非常荣幸将德国ScIDre公司生产的HKZ高温高压光学浮区法单晶炉安装于中国电子科技集团公司第九研究所，该系统将为用户单位在磁性功能材料及其他新材料探索等诸领域的科研工作提供相关单晶样品制备支持！

众所周知，优质单晶样品是研究材料物理性质的重要条件之一，光学浮区法单晶生长技术因具有无需坩埚、无污染、生长快速、易于实时观察晶体生长状态等诸多优点，还有利于缩短晶体的研究周期加快难以生长晶体的研究进展，非常适合晶体生长，是目前比较公认的获得优质单晶样品的手段之一，现已被广泛应用于各种超导材料、介电、光学、半导体和磁性材料以及其它各种氧化物及金属间化合物的单晶生长。但浮区法单晶技术对于生长高熔点、易挥发性材料非常棘手，德国ScIDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉成功地克服了这一技术难题。HKZ可提供高达3000℃以上的生长温度，晶体生长腔有多种压力规格可供选择，压力可高达300bar。HKZ的诞生进一步优化了光学浮区法单晶生长技术的设计理念，采用垂直式光路设计方案，使得高熔点、易挥发性材料的单晶生长成为了可能。德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区炉具有以下技术特色：能够同时实现高压300bar大气压（选配）和高温3000℃（选配）环境；能够分别独立控制不同气体的流速和流量，能够实现样品生长的气体定速定量混合反应；在保持灯泡输出功率恒定的情况下，采用调节光阑（shutter）的方式对熔区进行控温，从而能够有效延长灯泡使用寿命；拥有丰富的功能选件可进行选择和拓展，包括专利熔区红外测温选件、10-5mbar量级真空度的高级真空选件、实现氧含量达10-12PPM级的气体除杂选件、对长成的单晶可提供高压氧环境退火装置选件。德国ScIDre公司HKZ系列高温高压光学浮区炉设备外观示意图近期，QuantumDesign中国售服团队和德国ScIDre制造商工程师协同工作，相继完成了北京航空航天大学、松山湖新材料实验室及北京师范大学等用户单位的HKZ设备的安装工作，我们期待德国ScIDre公司的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉能在用户的实验室做出优秀的学术成果！用户简介：北京航空航天大学北京航空航天大学（下文简称：北航）是新中国第一所航空航天高等学府，现隶属于工业和信息化部。学校所在地北京，分为学院路校区、沙河校区（本次HKZ设备安装地点）。建校以来，北航一直是国家重点建设的高校，是全国第一批16所重点高校之一，也是80年代恢复学位制度后全国第一批设立研究生院的22所高校之一，首批进入“211工程”，2001年进入“985工程”，2017年入选国家“双一流”建设高校名单。自2004年以来获得15项国家级科技奖励一等奖、3项国家自然科学二等奖，创造了一所大学连续获国家高等级科技奖的纪录，被社会誉为科技创新的“北航模式”。用户赵侃老师研究方向：强关联量子磁性物质、拓扑磁性物态主要学术成果：1)阻挫磁性：针对以自旋冰为代表阻挫磁性绝缘体中磁交换相互作用强度偏弱的问题，首次在阻挫合金HoAgGe中实现Kagome自旋冰态。2)关联磁性：克服(Ga,Mn)As体系自旋电荷“捆绑”掺杂的局限性，开发自旋和电荷分离注入机制的新型稀磁半导体(Ba,K)(Zn,Mn)2As2。3)铁基超导：针对CaFe2As2塌缩四方相物理本质的争议，澄清相变驱动力为磁性的消失，层间As-As键仅为相变附带产物。4)拓扑物态：确认狄拉克半金属材料BaZnBi2和EuMnSb2，并首次在非共线反铁磁Mn3Ni1&minus xCuxN中实现不依赖于磁矩的拓扑反常霍尔效应(AHE)。（北京航空航天大学安装图片）北京师范大学北京师范大学是教育部直属重点大学，由北京校区（本次HKZ设备安装地点）、珠海校区两个校区（含四个校园）组成，是一所以教师教育、教育科学和文理基础学科为主要特色的著名学府，是中国历史上第一所师范大学。“七五”“八五”期间，北京师范大学被确定为国家首批重点建设的十所大学之一；“九五”期间，被首批列入“211工程”建设计划；“十五”期间，学校进入国家“985工程”建设计划。2017年，学校进入国家“世界一流大学”建设A类名单，11个学科进入国家“世界一流学科”建设名单。2022年，学校12个学科入选第二轮“双一流”建设学科，入选学科数量位居全国高校前列。用户谈国太老师、鲁兴业老师研究方向：关联电子材料的散射谱学主要研究内容：样品生长和表征结合多种实验和表征手段以全面研究新奇关联电子材料的结构、有序相和动力学采用输运、中子散射和共振非弹性X射线散射研究关联电子材料中的量子态/演生序及其相关涨落关注的材料主要包括：铁基和铜氧化物高温超导体、5d过渡族金属氧化物（如铱氧化物）、低维量子磁体、量子自旋液体等等（北京师范大学安装照片）松山湖材料实验室松山湖材料实验室（以下简称“实验室”）坐落于粤港澳大湾区重要节点城市东莞，于2017年12月22日启动建设，2018年4月完成注册，是广东省第一批省实验室之一，布局有前沿科学研究、公共技术平台和大科学装置、创新样板工厂、粤港澳交叉科学中心四大核心板块，探索形成“前沿基础研究→应用基础研究→产业技术研究→产业转化”的全链条创新模式，定位于成为有国际影响力的新材料研发南方基地、国家物质科学研究的重要组成部分、粤港澳交叉开放的新窗口。用户郭汉杰老师研究方向：强关联物理与量子磁性材料相关领域主要研究专长：光学浮区法晶体生长晶体结构及XRD精修磁结构分析中子/X射线散射及μSR（松山湖材料实验室照片）

5月18日，证监会披露了安信证券关于浙江晶阳机电股份有限公司（简称：晶阳机电）向不特定合格投资者公开发行股票并在北京证券交易所上市辅导备案的报告。官网显示，晶阳机电是专业的直拉式硅单晶生长炉生产厂家，目前主要产品有单晶炉、铸锭炉、石英坩埚、其他半导体相关设备，公司技术力量雄厚，研制开发技术支持能力强大，现有研发人员23名，其中多人具有硕士以上学历，并在上海同时设有销售及售后服务中心；生产基地位于国家历史文化名城嘉兴，占地面积近25000平方米（约29.8亩），生产车间包括金属加工车间、产品总装调试车间、硅单晶炉、铸锭炉试机车间、电气组立车间以及石英坩埚生产线车间。从股权结构来看，晶阳机电任何单一股东持股比例均低于30%，不存在单一股东通过实际支配公司股份表决权能够决定公司董事会半数以上成员选任或足以对股东大会的决议产生重大影响的情形。因此，公司无控股股东。程旭兵直接持有公司16.28%股权，杨金海直接持有公司7.33%股权，两位股东通过上海银坤问接控制公司15.64%股权，通过宁波德亚间接控制公司5.87%股权，合计控制公司45.11%股权。程旭兵担任公司董事长、总经理杨金海担任公司董事、副总经理，两人均为公司的创始人，对公司的发展战略、重要决策、日常经营管理均能够发挥重大影响。

12月28日，晶盛机电举行第25000台单晶炉下线发布仪式，标志着晶盛机电在单晶炉规模制造能力上达到全新高度。晶盛机电表示，从“第1代全自动单晶炉到第5代新型单晶炉”用时16年、从“第1台到第10000台”用时15年、从“第10000台到第25000台”用时仅1年半。2023年，晶盛机电还将推出第五代新型单晶炉。

近日，全球极具创新力的光伏企业晶科能源（“晶科能源”或者“公司”）大面积N型单晶硅单结电池效率达到24.9%，创造了新的世界纪录。该测试结果已获得德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)下属的检测实验室独立认证。图源 晶科能源晶科能源在研发方面投入了巨大的资源，公司硅片、电池和光伏组件等领域的专家专注技术创新突破，致力于为全球客户提供高效和具有竞争力的行业产品，引领行业技术发展。据了解，此次破纪录的太阳能电池采用了高品质、低缺陷直拉N型单晶硅片，通过高激活掺杂、高品质钝化及钝化接触高隧穿传导等多项创新技术及先进材料应用，电池效率得到了进一步突破。作为全球领先的光伏企业，晶科能源研发团队创造一个又一个世界记录，推动中国光伏企业走在全球光伏发展的技术前沿。晶科能源组件CTO金浩表示：“在未来，晶科能源将继续承担行业变革推动者的角色，以不断迭代的技术研发水平来推动光伏产品力的快速提升和光伏行业高质量发展，让实验室的光伏技术快速实现产线量产，更好地承担起碳中和重任。”

据浙江大学杭州国际科创中心发布，近日浙江大学杭州国际科创中心先进半导体研究院-乾晶半导体联合实验室和浙江大学硅材料国家重点实验室在浙江省“尖兵计划”等研发项目的资助下，成功生长出厚度达到 50 mm 的 6 英寸碳化硅单晶。该重要进展意味着，碳化硅衬底成本有望大幅降低，半导体碳化硅产业发展或将迎来发展新契机。据介绍，碳化硅（SiC）单晶作为宽禁带半导体材料，对高压、高频、高温及高功率等半导体器件的发展至关重要。目前，国内碳化硅单晶的直径已经普遍能达到 6 英寸，但其厚度通常在~20-30 mm 之间，导致一个碳化硅晶锭切片所获得的碳化硅衬底片的数量相当有限。科研人员表示，增加碳化硅单晶厚度主要挑战在于其生长时厚度的增加及源粉的消耗对生长室内部热场的改变。针对挑战，浙江大学通过设计碳化硅单晶生长设备的新型热场、发展碳化硅源粉的新技术、开发碳化硅单晶生长的新工艺，显著提升了碳化硅单晶的生长速率，成功生长出了厚度达到 50 mm 的 6 英寸碳化硅单晶。而且碳化硅单晶的晶体质量达到了业界水平。

四电弧高温单晶生长炉是一种近几年新发展起来的高温材料合成设备，非常适合生长化学性质活泼但熔点高（一般在3000℃左右）的金属间化合物，包括含有稀土元素（或金属铀）的二元及四元金属间化合物，例如UGe2、UPt3、V3Si、URu2Si2、RE2Co17、CePd2Al3、REFe10Ti2 、Nd2Fe14B、URhAl、UNiAl和RENi5等合金单晶。四电弧高温单晶系统在晶体生长中的过程如下：先将原料放在旋转的铜坩埚中，之后四个电同时放电形成高温熔化原料，在精密的提拉系统控制下使用Czochralski方法将熔化的原料拉成单晶。中国科学院物理研究所材料基因组研究平台（怀柔科学城）致力于建设成为我国、规模大、手段齐全的先进材料基因组研究平台，以提升我国在新材料研发与制造领域的研究水平，同时支撑我国物质科学领域基础研究与应用基础研究综合实力的跨越式发展。我们Quantum Design 中国子公司非常荣幸将日本GES公司设计和制造的四电弧高温单晶生长炉系统于近日安装于该平台，该系统将为用户单位在非常规超导电性、非费米液体行为及非常规量子临界行为等诸领域的科研工作提供相关单晶样品制备支持！四电弧高温单晶生长炉外观图：四电弧高温单晶生长炉原理示意图:四电弧高温单晶生长炉晶体生长过程实物图:

2020年12月29日，华为数字能源产品线产业暨技术论坛在深圳成功召开，其中在30日的车载电源分论坛 “聚力高压化发展，共擎电动化未来”，吸引了新能源汽车行业上百位技术专家、企业代表、生态伙伴的参与。论坛上来自于行业组织、桩企头部企业、车企等代表就高压快充的发展趋势和未来机遇进行了较为深入的探讨。会议上，华为车载电源产品线总裁王超介绍了中国新能源汽车的超级快充趋势，并表示，预计2024年左右，基于1200V和1700V碳化硅器件的成熟，会帮助产业在7.5分钟快充体验上实现质的飞跃。碳化硅为第三代半导体的主要代表之一，拥有禁带宽度大、器件极限工作温度高、临界击穿电场强度大、热导率等显著的性能优势，在电动汽车、电源、军工、航天等领域备受欢迎，为众多产业发展打开了全新的应用可能性，被行业寄予厚望。那么，碳化硅究竟是何方神圣呢？性质优良的碳化硅材料碳化硅（SiC）又叫金刚砂，密度是3.2g/cm 3 ，天然碳化硅非常罕见，主要通过人工合成。按晶体结构的不同分类，碳化硅可分为两大类：αSiC和βSiC。在热力学方面，碳化硅硬度在20℃时高达莫氏9.2-9.3，是最硬的物质之一，可以用于切割红宝石；导热率超过金属铜，是Si的3倍、GaAs的8-10倍，且其热稳定性高，在常压下不可能被熔化；在电化学方面，碳化硅具有宽禁带、耐击穿的特点，其禁带宽度是Si的3倍，击穿电场为Si的10倍；且其耐腐蚀性极强，在常温下可以免疫目前已知的所有腐蚀剂。随着碳化硅单晶生长和加工技术的进步，碳化硅单晶抛光片产量在快速增长。碳化硅（SiC）作为发展最为成熟的第三代半导体，是半导体界公认的“一种未来的材料”，是发展第三代半导体产业的关键基础材料。预计在今后 5～10 年将会快速发展和有显著成果出现。碳化硅具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及高抗辐射性能的优点，可以突破硅作为基片的半导体器件性能和能力极限，是电力电子及微波射频器件的“CPU”、绿色经济的“核芯”，在新一代移动通信 、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域有广阔的应用前景。碳化硅制备产业链宽禁带半导体晶片和器件的制备基本工艺流程同硅基半导体基本一致，大致可分为以下几个阶段：晶体生长、晶片加工、器件制备（包括有源层制备、欧姆接触、钝化层沉积等工艺段）、器件封装等。具体的碳化硅功率器件生产过程如下，1.碳化硅高纯粉料合成碳化硅高纯粉料是采用PVT法生长碳化硅单晶的原料，其产品纯度直接影响碳化硅单晶的生长质量以及电学性能。碳化硅粉料有多种合成方式，主要有固相法、液相法和气相法3种。其中，固相法包括碳热还原法、自蔓延高温合成法和机械粉碎法；液相法包括溶胶-凝胶法和聚合物热分解法；气相法包括化学气相沉积法、等离子体法和激光诱导法等。2.单晶衬底制备单晶衬底是半导体的支撑材料、导电材料和外延生长基片。生产碳化硅单晶衬底的关键步骤是单晶的生长，也是碳化硅半导体材料应用的主要技术难点，是产业链中技术密集型和资金密集型的环节。目前，SiC单晶生长方法有物理气相传输法（PVT法）、液相法（LPE法）、高温化学气相沉积法（HTCVD法）等。3.外延片生长碳化硅外延片，是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶薄膜（外延层）的碳化硅片。实际应用中，宽禁带半导体器件几乎都做在外延层上，碳化硅晶片本身只作为衬底，包括GaN外延层的衬底。目前，碳化硅单晶衬底上的SiC薄膜制备主要有化学气相淀积法（CVD）、液相法（LPE）、升华法、溅射法、MBE法等多种方法。4.功率器件制造采用碳化硅材料制造的宽禁带功率器件，具有耐高温、高频、高效的特性。按照器件工作形式，SiC功率器件主要包括功率二极管和功率开关管。SiC功率器件与硅基功率器件一样，均采用微电子工艺加工而成。碳化硅产业链设备半导体制造离不开半导体设备，碳化硅产业链更是如此，其涉及的设备种类繁多。碳化硅的很多工艺段设备可以与硅基半导体工艺兼容，但由于宽禁带半导体材料熔点较高、硬度较大、热导率较高、键能较强的特殊性质，使得部分工艺段需要使用专用设备、部分需要在硅设备基础上加以改进。相关工艺及半导体制造设备如下，环节设备晶体生长碳化硅粉料合成设备碳化硅单晶生长炉晶体加工碳化硅多线切割机碳化硅研磨机碳化硅抛光机器件制备碳化硅外延炉分步投影光刻机涂胶显影机高温退火炉高温离子注入机溅射设备干法刻蚀机PECVDMOCVD高温氧化炉激光退火设备器件封装背面减薄机划片机国内碳化硅产业链企业目前整个碳化硅产业尚未进入成熟期，但国际厂商已实现多个环节规模量产技术瓶颈的突破，并已摩拳擦掌、即将掀起一场大战，而国内碳化硅产业仍处于起步阶段，与国际水平仍存在差距。不过，近年来国内已初步建立起相对完整的碳化硅产业链体系，IDM厂商中车时代电气、世纪金光、泰科天润、扬杰电子等，单晶衬底企业山东天岳、天科合达、同光晶体等，外延片企业天域半导体、瀚天天成等，部分厂商已取得阶段性进展。单晶衬底方面，目前国内可实现4英寸衬底的商业化生产，山东天岳、天科合达、同光晶体均已完成6英寸衬底的研发，中电科装备研制出6英寸半绝缘衬底。外延片方面，国内瀚天天成和天域半导体均可供应4-6英寸外延片，中电科13所、55所亦均有内部供应的外延片生产部门。器件方面，国内600-3300 V SiC SBD已开始批量应用，有企业研发出1200V/50A SiC MOSFET；泰科天润已建成国内第一条碳化硅器件生产线，SBD产品覆盖600V-3300V的电压范围；中车时代电气的6英寸碳化硅生产线也于今年1月首批芯片试制成功。模块方面，国内已开发出1200V/50-400A全SiC功率模块、600-1200V/100-600A混合SiC功率模块；今年9月18日，厦门芯光润泽国内首条碳化硅 IPM产线正式投产。碳化硅功率器件应用领域碳化硅功率器件不仅能够在直流、交流输电，不间断电源，工业电机等传统工业领域广泛应用，而且在新能源汽车、太阳能光伏、风力发电等领域具有广阔的潜在市场。碳化硅功率器件应用领域可以按电压划分：低压应用（600 V至1.2kV）：高端消费领域（如游戏控制台、等离子和液晶电视等）、商业应用领域（如笔记本电脑、固态照明、智能手机、电子镇流器等）以及其他领域（如医疗、电信、国防等）中压应用（1.2kV至1.7kV）：电动汽车/混合电动汽车（EV/HEV）、太阳能光伏逆变器、不间断电源（UPS）以及工业电机驱动（交流驱动AC Drive）等。高压应用（2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上）：风力发电、机车牵引、高压/特高压输变电等。由于能源和环境问题日益凸显，节能环保和低碳发展逐渐成为全球共识。降低能耗、提高能源使用效率是当今世界各国节能减排的重大举措。以碳化硅为代表的宽禁带半导体材料及功率器件被公认将成为电子电力应用的一次革命，受到世界各国政府与产业界的广泛关注和高度重视，将成为增长潜力巨大的战略性产业。碳化硅的检测碳化硅功率器件的生产离不开检测，只有通过对各个生产环节的检测才能不断提高良率和工艺水平。碳化硅的检测主要包括衬底检测、外延片检测、器件工艺、点穴参数、可靠性分析和失效分析。检测环节检测项目衬底检测抛光片几何尺寸、平整度、缺陷、位错、粗糙度、电阻率、金属沾污、有机污染物、显微结构观察、透射电镜、SIMS杂质成分分析外延片检测外延层厚度、成分、杂质、表面缺陷、位错、电阻率、金属沾污、SRP工艺等器件工艺Stepper曝光、掩模版制备、高能离子注入、氢离子注入、ICP干法刻蚀、A及Ti金属镀膜、介质膜钝化及刻蚀、激光退火、高温退火、SiC背面减薄、激光打标、晶圆测试电学参数静态、动态、反向、热阻、雪崩参数、 Data Sheet测试可靠性分析高温贮存、高温反偏、高温栅偏、机械振动、冲击、气密性试验、三综合试验箱等相关试验等失效分析样品制备、X-Ray、热点分析、IV- Curve、EMMI＆ OBRICH、FIB、红外热像、SAM等碳化硅相关标准无规矩不成方圆，只有有了规矩，有了标准，这个世界才变得稳定有序！标准是科学、技术和实践经验的总结。为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，即制定、发布及实施标准的过程，称为标准化。为规范碳化硅半导体材料的发展，相关组织和机构也出台了一系列的标准。（以下碳化硅标准只统计其作为半导体材料的现行相关标准）合计35项标准，其中国标7项，地方标准2项，联盟标准20项和行业标准6项。标准号标准名称T/IAWBS 008-2019SiC晶片的残余应力检测方法T/IAWBS 009-2019功率半导体器件稳态湿热高压偏置试验T/IAWBS 010-2019碳化硅单晶抛光片表面质量和微管密度检测方法-激光散射检测法T/IAWBS 011-2019导电碳化硅单晶片电阻率测量方法—非接触涡流法T/IAWBS 012-2019碳化硅单晶抛光片表面质量和微管密度测试方法——共焦点微分干涉光学法T/IAWBS 013-2019半绝缘碳化硅单晶片电阻率非接触测量方法T/IAWBS 001—2017碳化硅单晶T/IAWBS 002—2017碳化硅外延片表面缺陷测试方法T/IAWBS 003—2017碳化硅外延层载流子浓度测定_汞探针电容-电压法T/IAWBS 004—2017电动汽车用功率半导体模块可靠性试验通用要求及试验方法T/IAWBS 005—20186 英寸碳化硅单晶抛光片T/IAWBS 006—2018碳化硅混合模块测试方法T/IAWBS 007—20184H 碳化硅同质外延层厚度的红外反射测量方法T/CASA001-2018碳化硅肖特基势垒二极管通用技术规范T/CASA003-2018p-IGBT器件用4H-SiC外延晶片T/CASA004.1-20184H-SiC衬底及外延层缺陷 术语T/CASA004.2-20184H-SiC衬底及外延层缺陷 图谱T/CASA009-2019半绝缘SiC材料中痕量杂质浓度及分布的二次离子质谱检测方法T/CASA006-2020碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管通用技术规范T/CASA007-2020电动汽车用碳化硅（SiC）场效应晶体管（MOSFET）模块评测规范SJ/T 11499-2015碳化硅单晶电学性能的测试方法SJ/T 11500-2015碳化硅单晶晶向的测试方法SJ/T 11504-2015碳化硅单晶抛光片表面质量的测试方法SJ/T 11502-2015碳化硅单晶抛光片规范SJ/T 11501-2015碳化硅单晶晶型的测试方法SJ/T 11503-2015碳化硅单晶抛光片表面粗糙度的测试方法DB13/T 5118-20194H 碳化硅 N 型同质外 延片通用技术要求DB61/T 1250-2019SiC（碳化硅）材料半导体分立器件通用规范GB/T 32278-2015碳化硅单晶片平整度测试方法GB/T 31351-2014碳化硅单晶抛光片微管密度无损检测方法GB/T 30656-2014碳化硅单晶抛光片GB/T 30866-2014碳化硅单晶片直径测试方法GB/T 30867-2014碳化硅单晶片厚度和总厚度变化测试方法GB/T 30868-2014碳化硅单晶片微管密度的测定 化学腐蚀法GB/T 10195.1-1997电子设备用压敏电阻器 第2部分:空白详细规范 碳化硅浪涌抑制型压敏电阻器 评定水平E值得注意的是，目前新的《碳化硅单晶抛光片》国家标准正在征求意见，以替代GB/T 30656-2014标准，届时将有一批新的标准出台。国内碳化硅研究现状国内碳化硅半导体材料与国外企业的技术水平相差较大，但与前两代半导体技术不同，国内不少专家认为我国有望在以碳化硅为代表的第三代半导体领域实现弯道超车。《中国制造2025》和“十三五规划”也明确将碳化硅行业定位为重点支持行业。国家电网、中国中车、比亚迪、华为等国内企业也在加大针对碳化硅在智能电网、轨道交通、电动汽车、手机通信芯片等领域应用的投资。国内SiC单晶的研究始发于2000年，主要研究单位有中科院物理研究所、山东大学、中科院上海硅酸盐研究所、中电集团46所等。以相关的技术为基础，能批量生产单晶衬底的公司包括北京天科合达、山东天岳、河北同光等。目前，国内已经生产出6英寸SiC单晶，微管密度和国际产品相当，一定程度上可满足国内半导体器件制备的需求，但我国SiC单晶衬底质量与国际先进水平相比还存在巨大差距。SiC外延材料研发工作开始于“九五计划”，材料生长技术及器件研究均取得较大进展。主要研究单位有中科院半导体研究所、中电集团13所和55所、西安电子科技大学等，产业化公司主要是东莞天域和厦门瀚天天成。目前我国已研制成功6英寸SiC外延晶片，且基本实现商业化。可以满足3.3kV及以下电压等级SiC电力电子器件的研制。不过，还不能满足研制10kV及以上电压等级器件和研制双极型器件的需求。国内近年来西安理工大学、西安电子科技大学微电子所、中科院半导体所、上海硅酸盐所等单位一直坚持不懈进行碳化硅材料及其器件的研究，但从市场上市产品来看，多数为SiC肖特基二极管、其参数大致范围为：击穿电压为600V、1200V、1700V等级别。学术论文一定程度上可以反映出各高校的研究方向和研究水平，以中国知网的相关论文为参考，可以间接反映出国内碳化硅的研发情况。分别以主题为【碳化硅AND功率器件】、【碳化硅AND半导体】以及【碳化硅AND半导体】进行检索，结果如下，知网检索：主题=碳化硅AND主题=功率器件知网检索：主题=碳化硅AND主题=功率半导体知网检索主题=碳化硅AND主题=半导体从结果来看，西安电子科技大学、电子科技大学和浙江大学遥遥领先，在碳化硅研究领域，成果较多。SiC目前存在的问题尽管碳化硅功率器件应用前景广阔，但是目前受限于价格过高等因素，迄今为止，市场规模并不大，应用范围并不广，主要集中于光伏、电源等领域。在碳化硅单晶材料领域，存在大尺寸碳化硅单晶衬底制备技术仍不成熟；缺乏更高效的碳化硅单晶衬底加工技术；P型衬底技术的研发较为滞后等问题。在碳化硅外延材料领域，还有N型碳化硅外延生长技术有待进一步提高、P型碳化硅外延技术仍不成熟等问题亟待解决。在碳化硅器件应用领域，存在驱动技术尚不成熟；保护技术尚不完善；电路应用开关模型尚不能全面反映碳化硅功率器件的开关特性，尚不能对碳化硅器件的电路拓扑仿真设计提供准确的指导；电磁兼容问题尚未完全解决；电路拓扑尚不够优化等问题。在碳化硅功率模块领域，存在采用多芯片并联的碳化硅功率模块产生较严重的电磁干扰和额外损耗；在焊接、引线、基板、散热等方面的创新不足，功率模块杂散参数较大，可靠性不高；碳化硅功率高温封装技术发展滞后等问题。整体而言，碳化硅作为半导体材料的研发和应用尚处于发展状态，还有许多不足之处。SiC的可能替代材料虽然碳化硅受到的关注度越来越高，在未来的大功率、高温、高压应用场合将发挥传统的硅器件无法实现的作用，但却并不是终点。以金刚石、氧化镓、氮化铝、氮化硼等为代表的超宽禁带半导体材料（禁带宽度＞4.5 e V）的研究和应用，近年来不断获得技术的突破，未来有望打造具有更优异性能的功率器件，取代目前碳化硅的地位。氧化镓（Ga2O3）是一种新兴的功率半导体材料，其禁带宽度（4.9eV）大于碳化硅（约3.4eV），在高功率应用领域的应用优势愈加明显。尽管Ga2O3半导体材料具有良好的射频性能以及高功率等许多优势，但同时还具有很多需要克服的障碍。Ga2O3的导热率很低，这在高功率密度应用中尤为凸显。Ga2O3存在的另一个缺点就是缺乏p型掺杂机制，从理论上看，这可能会是一个影响其应用的根本问题。金刚石具有高硬度、超宽带隙、出色的载流子迁移率和优异的导热性能，是实现“后摩尔”时代电子、光电子和量子芯片的基础性材料之一，已是业界公认的“终极”半导体材料。具有如此多优良性能的半导体材料目前正成为国际竞争的新热点。近日，哈尔滨工业大学与香港城市大学、麻省理工学院等单位合作，在金刚石单晶领域取得重大科研突破，首次通过纳米力学新方法，通过超大均匀的弹性应变调控，从根本上改变金刚石的能带结构，为实现下一代金刚石基微电子芯片提供了一种全新的方法。

早在上世纪五十年代，美国贝尔实验室的研究者就发明了单晶硅太阳电池，利用单晶硅晶圆实现了太阳光能转换成电能的突破，并成功用于人造卫星，当时的光电转换效率仅有5%左右。近几年，研究人员通过材料结构工程和高端设备开发的协同创新，将单晶硅太阳电池的光电转换效率提高到26.8%，接近理论极限29.4%，制造成本和综合发电成本大幅度下降，在我国大部分地区达到平价上网。同时，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率也上升到95%以上。除了常规太阳电池在地面光伏电站和分布式光伏的大规模应用以外，柔性太阳电池在可穿戴电子、移动通讯、车载移动能源、光伏建筑一体化、航空航天等领域也具有巨大的发展空间，然而目前尚未开发出商用的高效、轻质、大面积、低成本柔性太阳电池满足该领域的应用需求。中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究团队通过高速相机观察发现，单晶硅太阳电池在弯曲应力作用下的断裂总是从单晶硅片边缘处的“V”字型沟槽开始萌生裂痕，该区域被定义为硅片的“力学短板”。根据这一现象，研究团队创新地开发了边缘圆滑处理技术，将硅片边缘的表面和侧面尖锐的“V”字型沟槽处理成平滑的“U”字型沟槽，改变介观尺度上的结构对称性，结合有限元分析、动态应力载荷下的分子动力学模拟和球差透射电子显微镜的残余应力分析，发现单晶硅的“脆性”断裂行为转变成“弹塑性”二次剪切带断裂行为。同时，由于圆滑处理只限于硅片边缘区域，不影响硅片表面和背面对光的吸收能力，从而保持了太阳电池的光电转换效率不变。该结构设计方案可以显著提升硅片的“柔韧性”，60微米厚度的单晶硅太阳电池可以像A4纸一样进行折叠操作，最小弯曲半径达到5毫米以下；也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度。相关成果于5月24日在《自然》（Nature）杂志发表，并被选为当期的封面文章。论文通讯作者、上海微系统所研究员狄增峰介绍道:“对于具有表面尖锐‘V’字型沟槽的太阳电池硅片断裂行为的认识，启发了研究团队针对硅片边缘区域进行形貌改变，将尖锐‘V’字型沟槽处理成圆滑‘U’字型沟槽，从而让弯曲应变能够有效分散，有效抑制了应变断裂行为，提升了硅片的柔韧性，最终实现了高效、轻质、柔性的单晶硅太阳电池。”论文通讯作者、上海微系统所研究员刘正新介绍道:“由于圆滑策略仅在硅片边缘实施，基本不影响太阳电池的光电转化效率，同时能够显著提升太阳电池的柔性，未来在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面具有广阔的应用前景。”该工作通过简单工艺处理实现了柔性单晶硅太阳电池制造，并在量产线验证了批量生产的可行性，为轻质、柔性单晶硅太阳电池的发展提供了一条可行的技术路线。研究团队开发的大面积柔性光伏组件已经成功应用于临近空间飞行器、建筑光伏一体化和车载光伏等领域。该工作的第一完成单位为中国科学院上海微系统所，第一作者为上海微系统所副研究员刘文柱、长沙理工大学副教授刘玉敬、沙特阿美石油公司博士杨自强和南京师范大学教授徐常清。理论计算与北京航空航天大学副教授丁彬和南京师范大学教授徐常清合作完成。残余应力分析与长沙理工大学教授刘小春和副教授刘玉敬合作完成。高速相机拍摄硅片瞬间断裂过程由阿美石油公司博士杨自强完成。

9月5日上午，河北同光科技发展有限公司年产10万片直径4-6英寸碳化硅单晶衬底项目，在保定市涞源县经济开发区投产，成为保定第三代半导体产业从研发到规模量产的一次成功跨越。碳化硅单晶作为第三代半导体材料的核心代表，处在碳化硅产业链的最前端，是高端芯片产业发展的基础和关键。河北同光晶体有限公司是全省首家能够量产第三代半导体材料碳化硅单晶的战略新兴企业。2020年3月，涞源县人民政府与该公司签署协议，政企共建年产10万片直径4-6英寸碳化硅单晶衬底项目，总投资约9.5亿元、规划占地112.9亩。项目采用国际先进的碳化硅单晶衬底生产技术，布局单晶生长炉600台，购置多线切割机、研磨机等加工设备200余台，建成具有国际先进水平的碳化硅单晶衬底生产线。该公司董事长郑清超介绍，项目从动工到投产用时17个月，满产运行后能够将产能提升3倍，产品将面向5G通讯、智能汽车、智慧电网等领域，满足其芯片需求，预计年销售收入5-10亿元。下一步，同光正谋划建设2000台碳化硅晶体生长炉生长基地和年产60万片碳化硅单晶衬底加工基地，拟总投资40亿元。到2025年末实现满产运营后，预计新增产值40-50亿元，成为全球重要的碳化硅单晶衬底供应商。保定市副市长王建峰表示，保定不仅具有支撑科技成果转化落地的产业优势，还拥有17所驻保高校、354家科技创新平台、23万名专业技术人才等雄厚人才支撑的科技创新优势，是全国创新驱动发展示范市和“科创中国”试点城市。未来将在数字经济、生物经济、绿色经济领域全面发力，重点围绕“医车电数游”、被动式超低能耗建筑和都市型农业等七大重点产业，大力实施“产业强市倍增计划”和“双千工程”，积极推动“北京研发保定转化、雄安创新保定先行”，着力建设创新驱动之城，加快构建京雄保一体化发展新格局，聚力打造京津冀城市群中的现代化品质生活之城。

如何让金刚石“听话”，像硅一样实现芯片的基本功能?哈尔滨工业大学与香港城市大学、麻省理工学院等单位合作，在金刚石单晶领域取得重大科研突破，首次通过纳米力学新方法，通过超大均匀的弹性应变调控，从根本上改变金刚石的能带结构，为实现下一代金刚石基微电子芯片提供了一种全新的方法。近日，该研究成果以“微纳金刚石单晶的超大均匀拉伸弹性”为题在线发表于国际著名学术期刊《科学》。该研究为弹性应变工程及单晶金刚石器件的应用提供基础性和颠覆性解决方案，展现了“应变金刚石”在光子学、电子学和量子信息技术中的巨大应用潜力。据哈工大韩杰才院士团队成员、论文作者之一、航天学院朱嘉琦教授介绍，2018年陆洋团队首次报道纳米级金刚石针可具有超大的弹性变形，局部弯曲弹性应变达到9%以上，提供了调节金刚石能带的另一种可能。但上述应变尝试往往局限于小样本体积内，而弯曲导致应变分布不均匀。本次研究在室温下对长度约1微米，宽度约100—300纳米的高质量单晶金刚石桥结构进行精细微加工，并在单轴拉伸载荷下实现了样品整体范围内均匀超大弹性应变。为展示应变金刚石器件概念，团队还加工并实现了微桥金刚石阵列的弹性应变。并进一步通过计算可实现单晶金刚石多达2eV的带隙降低，极其有利于微电子应用。本篇论文共同通讯作者分别为陆洋、李巨、朱嘉琦和Alice Hu。共同第一作者分别为党超群、Jyh-Pin Chou、代兵和Chang-Ti Chou。

近日，安徽光智科技有限公司(以下简称“光智科技”)成功研制出13N(即99.99999999999%)超高纯锗单晶。光智科技依托公司产业优势、技术创新优势和人才资源优势，由博士、硕士及高级工程师等组成了13N超高纯锗单晶关键技术研发团队，通过近五年的努力，成功开发出探测级锗单晶。超高纯锗单晶材料是锗系列产品中最高端、制备技术难度最大的材料，纯度可达13N，是制造高纯锗探测器的核心材料。高纯锗探测器具有能量分辨率好、探测效率高、稳定性强等优点，成为粒子物理、检验检疫、生物医学等领域不可或缺的仪器设备，市场应用前景广阔。探测器级锗单晶性能要求严苛，其生长制备工艺难度极高。中国金属锗的产量全球领先，但在锗深加工领域的技术较为薄弱，因此开展超高纯锗单晶研发是锗产业发展的大势所趋。光智科技参加2021中国光博会，展示优质红外材料光智科技作为全球知名的光电子产品生产供应商，实现了从金属提纯到尖端材料、器件模组、系统制造再到金属回收闭环产业链的布局，典型产品有大直径锗单晶、碲锌镉、闪烁晶体、激光晶体、红外锗窗口、锗镜片、红外镜头、红外模组、辐射探测器、激光器及整机系统。光智科技具备全球化的销售网络，产品远销海内外多个国家和地区。性能出色的红外器件模组目前，光智科技拥有全自动单晶生长炉等先进的研发设备，掌握了超高纯锗单晶制备的关键技术，填补了国内该领域的空白，并已建成具有国际先进水平的超高纯锗生产线，产能达到2吨，可为全球客户供应高质量的13N超高纯锗单晶。未来，光智科技将专注提升核心研发实力的纵深开拓，继续为我国光电子领域填补更多空白，做出更大贡献。

一、项目编号：DUTASD-2022451（招标文件编号：DUTASD-2022451）二、项目名称：大连理工大学液态金属靶单晶X-射线衍射仪采购项目三、中标（成交）信息供应商名称：布鲁克（北京）科技有限公司供应商地址：北京市海淀区西小口路66号中关村东升科技园B-6号楼C座8层中标（成交）金额：650.0000000（万元）四、主要标的信息序号 供应商名称 货物名称 货物品牌 货物型号 货物数量 货物单价(元) 1 布鲁克（北京）科技有限公司 液态金属靶单晶X-射线衍射仪 布鲁克 D8 VENTURE 1 6500000

一、项目编号：0705-2240JDFCTXDK/15（招标文件编号：0705-2240JDFCTXDK/15）二、项目名称：上海交通大学单晶X射线衍射仪和小角X射线散射仪三、中标（成交）信息供应商名称：布鲁克科学仪器香港有限公司供应商地址：香港九龙湾常悦道九号企业广场1期1座6楼608室中标（成交）金额：880.0000000（万元）四、主要标的信息序号 供应商名称 货物名称 货物品牌 货物型号 货物数量 货物单价(元) 1 布鲁克科学仪器香港有限公司 单晶X射线衍射仪；小角X射线散射仪 德国布鲁克AXS有限公司 D8 VENTURE；Nanostar 1；1 CNY 5,200,000.00；CNY 3,600,000.00

近日，大连化物所超快时间分辨光谱与动力学研究组（1110组）金盛烨研究员、田文明研究员等在高压环境下光生载流子输运研究中取得新进展。该团队通过时空分辨荧光扫描成像技术，实现了高压环境下载流子输运的直接观测，并发现钙钛矿在高压环境下仍然可以保持良好的载流子输运性能。压力作为重要的热力学影响因素，可以有效缩短原子间距，增强电子轨道耦合，进而改变物质的电子和晶体结构，从而揭示材料结构与性能的关系，并在发现新结构、新现象和阐释新机制方面发挥着重要作用。研究发现，压力可以有效改变钙钛矿材料的光电特性，并且在一定的压力范围内可以提升器件的光电性能。钙钛矿材料的载流子寿命，载流子迁移率和迁移距离是决定器件性能的重要参数。因此，了解这些核心参数在压力作用下如何变化，对于理解压力对钙钛矿器件光电性能的影响至关重要。高压下材料性质研究主要在金刚石对顶砧压腔内完成，受到压腔空间以及传压介质限制，采用传统方法测量高压下载流子输运性能具有巨大挑战。　　本工作中，该团队通过将金刚石对顶砧与时空分辨荧光扫描成像等技术相结合，在高压环境下直接观测到三维钙钛矿MAPbI3单晶中的载流子输运过程，并发现在0.4至5.7GPa压力范围内，三维钙钛矿MAPbI3单晶的扩散系数比常压提高30%以上，载流子依然可以保持5至8μm迁移距离。同时，团队结合高压下X射线衍射和拉曼光谱等表征技术，证明了MAPbI3单晶在0.3至0.4GPa发生了由四方相到立方相的结构转变，在大约3GPa发生了等结构相变。本工作揭示了压力对三维钙钛矿MAPbI3载流子输运的影响，并为利用压力来调节或优化钙钛矿的光电特性提供了新思路。　　相关研究成果以“Excellent Carrier Transport Property of Hybrid Perovskites Sustained under High Pressures”为题，于近日发表在《美国化学会能源快报》（ACS Energy Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所1110组联合培养博士研究生尹延峰。上述工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02359

项目编号：3109-234Z20233020（项目编号：Z20230351）项目名称：同济大学X射线单晶衍射仪采购项目预算金额：570.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：570.0000000 万元（人民币）采购需求：号产品名称数量简要技术规格1X-射线单晶衍射仪 1套1. 采用全新半导体二维成像技术；2. *功率：Mo光源不小于70W；Cu光源不小于50W；3. 四轴（ω，2θ，？，Kappa）测角仪，包括测角头和准直器；（详见采购需求）合同履行期限：合同签订之日起250个工作日内完成并验收合格交付使用本项目( 不接受 )联合体投标。获取招标文件时间：2023年03月01日 至 2023年03月08日，每天上午9:00至11:00，下午13:00至16:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：上海市静安区天目中路380号11楼方式：现场或邮件获取售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：同济大学地址：中国上海四平路1239号联系方式：段老师 86-21-659826702.采购代理机构信息名称：上海政采项目管理有限公司地址：上海市静安区天目中路380号11楼联系方式：戴小军、朱逸元、王静雯、王悦 8621-620912733.项目联系方式项目联系人：戴小军电话：8621-62091273