浙大团队《科学》再发文！解密如何利用电场控制氧化物界面超导

铝酸镧（LaAlO3）和钽酸钾（KTaO3）是两种绝缘体，但当它们组合在一起时，界面就能导电甚至出现超导现象。这种刚刚“问世”的界面超导引发了科学家强烈的兴趣，来自浙江大学物理学系、中科院物理所等机构的学者发现，可以像调控半导体器件那样，用电压连续调控LaAlO3/KTaO3界面的导电性质：随着门电压的变化，它呈现了从超导到绝缘体的连续转变。同时，研究团队还在这一界面观测到了可被连续调控的量子金属态等许多新奇的物理现象。

5月14日，相关论文Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3(111) interface （电场控制LaAlO3/KTaO3(111)界面超导）在《科学》杂志上线。论文的共同第一作者为浙大物理系博士生陈峥、刘源和北京航空航天大学博士后张慧，共同通讯作者是浙大物理学系谢燕武研究员，中科院物理所孙继荣研究员和周毅研究员。这一发现为人们 探索 低温量子现象呈现了一个崭新的视野，也为超导器件的研发提供了新的思路。

“后浪”的潜力

LaAlO3/KTaO3界面超导今年2月才刚刚在《科学》杂志正式“亮相”。在氧化物界面超导家族中，它是第2位入列的成员。第1位成员亮相于2007年，瑞士日内瓦大学的Triscone教授等首先发现了LaAlO3/SrTiO3界面存在超导现象，这标志着一类新的超导体系的诞生：氧化物界面超导。

Triscone曾用一堆乐高积木来形容这一领域的奇妙：不同的氧化物可以产生千变万化的组合，每种组合都有可能蕴含着未知的、新奇的性质。随后的研究发现，LaAlO3/SrTiO3的超导电性可以通过电压来开启或关闭，就像我们熟知的半导体晶体管。这不禁让人畅想，或许有一天我们能制造出像半导体一样可以精确调控的超导器件。

而一年多前“新生”于美国阿贡实验室的“后浪”LaAlO3/KTaO3的表现似乎更加抢眼。今年2月发表在《科学》杂志的论文指出，“LaAlO3/KTaO3的超导转变温度可达2.2 K，比“前浪”的0.3 K高出整整一个数量级。那么，它会有哪些新奇的性质？它的超导性能也能被调控吗？它对超导机制研究会有哪些价值？神秘的“后浪”吸引着谢燕武与他的合作伙伴们去一探究竟。

新的调控，新的机制

调控，是实验科学研究最重要的手段和内容。在这项研究中，研究团队发现了一种全新的调控机制，实现了LaAlO3/KTaO3导电性能的连续可调，器件随电压变化呈现了从超导到绝缘体的连续转变。

博士生陈峥和刘源在实验室制备样品

谢燕武介绍，导电电子在低温下两两配对，就会形成超导，目前已知的超导体系已经非常多，但能被电场调控的凤毛麟角。“”我们的调控方法本质就是调控电子‘队形’的空间分布，让它们在更靠近或更远离界面的地方运动。”大量的电子在氧化物界面附近运动时，会受到晶格缺陷（也称为“无序”）的影响。“就像开车时遇到障碍物。”谢燕武说，这种“无序”越贴近界面分布越密集，越远离界面则越稀疏。基于这一认识，研究团队提出了改变电子空间分布的思路，“如果有更多的电子靠近界面，那么整体来看它们遇到的‘障碍物’就变多了，这会显著影响电子以及配对后的超导库珀对的运动行为。”

每平方厘米界面通道里有80万亿个电子在运动，门电压通过改变它们的“队形”来影响界面导电性能。“山丘”形状示意了无序分布。

在这项实验中，研究人员测试了门电压从-200V到150V区间时界面的导电性能。“不论在超导转变温度之上还是之下，导电性都可被连续调控。”陈峥说，“我们还直接测量了在这一门电压区间电子‘队形’空间分布的变化，当导电通道在6纳米时，LaAlO3/KTaO3看起来是很好的超导，而当通道调整到2纳米时，它就成了绝缘体。”

在-200V到150V区间施加不同门电压时LaAlO3/KTaO3界面的面电阻（Rsheet）随温度（T）的变化。

“从表面看，我们与传统的方法用的都是门电压调控，但背后的调控机制是全新的。”孙继荣说，传统的方法，无论是半导体晶体管还是LaAlO3/SrTiO3，都是通过改变电子浓度从而实现对导电性能的调控，这里需要有个前提：电子浓度低。“相比之下，LaAlO3/KTaO3界面的电子浓度很高，不能满足传统的调控机制，因此需要 探索 全新的调控机制。”孙继荣说，新的调控仍然以类似于晶体管的方式工作，但本质上打破了对于电子浓度的限制。

量子金属态

博士生陈峥与刘源全程参与了样品的制备和测试。陈峥说，研究过程中最难忘的是第一次测出LaAlO3/KTaO3超导性的那一天，“表明我们已经掌握了制备这一新界面超导体系的方法，可以开始我们的调控研究了！”随着实验的推进，越来越多的数据涌现出来。当他们把它们放到一起时，惊奇地发现在低温下是一条又一条水平线条，也就是说，无论温度在0~1K的区间内如何变化，LaAlO3/KTaO3界面的电阻几乎始终是恒定的。“量子金属是同时具有部分超导和金属特性的新奇量子物态，这是一种典型的量子金属态。”周毅说，“已知的量子金属态都只处于某个量子临界点上。而这个系统可以连续调控，量子金属作为相图上一个物相的形式存在，这个新发现令我们异常激动。”

器件实物照片。中间核心桥路部分宽20微米，长100微米。

《科学》杂志的审稿人对这项研究给与了非常积极的回应，他们认为，这种完全可调的超导性是一项引人入胜的突破，该项研究充分深入，几乎覆盖了过去10多年人们在LaAlO3/SrTiO3体系中获得的认识。

谢燕武说，对于新材料的研究主要来自于两方面动力：一方面想通过新材料的研究来发现新的物理现象，获得更多的科学见解；另一方面也试图为开发新器件提供有益的线索。“我们在LaAlO3/KTaO3体系中的研究可为理解超导机制，尤其是理解高温超导中的机制提供全新的素材，同时也为将来开发超导器件提供了新的视野。”

这项研究的团队成员还包括浙大物理系博士生孙艳秋、张蒙，以及浙大材料学院田鹤教授和刘中然博士。

研究得到了浙江大学量子交叉中心同仁在技术和设备等方面的全方位支持，同时还得到了浙江大学“双一流”建设专项经费、国家重点研发计划、国家自然科学基金、和浙江省重点研发计划等支持。

浙大物理系谢燕武课题组

论文DOI: 10.1126/science.abb3848

（原题为《浙大团队Science再发文！解密如何利用电场控制氧化物界面超导》。编辑张钟文）

市值为1700亿美元。

近期，上海微电子装备(集团)股份有限公司（下称“上海微电子装备”）披露，将在2021-2022年交付第一台28nm工艺的国产沉浸式光刻机。国产光刻机从此前的90nm一举突破到28nm，不仅打开了上海微电子装备的市场空间，也打开了资本市场对于这家公司上市的想象力。

拓展资料

一. 2009年，公司推出首款光刻机产品

1.SSB500/10A，分辨率为2微米。2018年3月，公司的SSA600/20型光刻机验收通过，公司光刻机的分辨率推进到90nm。 官网显示，公司目前的产品线可分为光刻机、激光与检测和特殊应用三种。 要测算上海微电子装备的估值，先要估算其收入规模。 根据ChipInsights数据，2019年全球半导体、面板、LED用光刻机出货约550台，较2018年减少50台。其中半导体前道制造用光刻机出货约360台；半导体封装、面板、LED用光刻机出货约190台。

2.从总营收来看，2019年ASML、Nikon、Canon三巨头光刻机总营收954亿元人民币，由于这三家几乎占据了光刻机的绝大多数市场，因此估计目前全球光刻机市场规模在千亿元水平。 按光刻机的应用场景分，IC前道制造用光刻机占九成以上市场，基本由三巨头垄断。按照曝光光源分为i-line、KrF、ArF、ArFi，EUV，技术难度逐步上升，垄断性也逐步加强。

3.上海微电子装备尽管已经具备其中ArF、KrF、i-line光源光刻机，但产品出货量还微乎其微。在若干年后，IC前道光刻机有望成为公司的主要收入来源。 雪球 · 聪明的投资者都在这里

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道琼斯指数35727(0.14%)_ 打开 国产光刻机迎来突破，两连板的张江高科究竟受益多少?关注 据测算，如上海微电子装备成功上市，A轮进入的张江高科可能将获50亿元的收益。

二.近期，上海微电子装备(集团)股份有限公司（下称“上海微电子装备”）披露，将在2021-2022年交付第一台28nm工艺的国产沉浸式光刻机。国产光刻机从此前的90nm一举突破到28nm，不仅打开了上海微电子装备的市场空间，也打开了资本市场对于这家公司上市的想象力。

1.一石激起千层浪。受此消息影响，6月5日相关概念股张江高科（600895.SH）、上海电气（601727.SH）在此消息刺激下双双涨停。张江高科在6月8日再次涨停。 上海电气和张江高科涨停是有什么依据？国产光刻机浪潮会有多大？ 要理解这两个问题，就先要解决以下两个问题：上海微电子装备的规模及其上市后的市值多少，以及上海微电子装备能为相关概念股贡献多少利润。 上海微电子装备上市后估值几何？ 此次光刻机国产化的主角上海微电子装备成立于2002年，相比尼康、ASML等前辈，属于光刻机里的“后浪”。 2009年，公司推出首款光刻机产品SSB500/10A，分辨率为2微米。2018年3月，公司的SSA600/20型光刻机验收通过，公司光刻机的分辨率推进到90nm。

官网显示，公司目前的产品线可分为光刻机、激光与检测和特殊应用三种。 要测算上海微电子装备的估值，先要估算其收入规模。 根据ChipInsights数据，2019年全球半导体、面板、LED用光刻机出货约550台，较2018年减少50台。其中半导体前道制造用光刻机出货约360台；半导体封装、面板、LED用光刻机出货约190台。

2.从总营收来看，2019年ASML、Nikon、Canon三巨头光刻机总营收954亿元人民币，由于这三家几乎占据了光刻机的绝大多数市场，因此估计目前全球光刻机市场规模在千亿元水平。 按光刻机的应用场景分，IC前道制造用光刻机占九成以上市场，基本由三巨头垄断。按照曝光光源分为i-line、KrF、ArF、ArFi，EUV，技术难度逐步上升，垄断性也逐步加强。

3.上海微电子装备尽管已经具备其中ArF、KrF、i-line光源光刻机，但产品出货量还微乎其微。在若干年后，IC前道光刻机有望成为公司的主要收入来源。在先进封装、LED和面板这类低端光刻机市场，上海微电子装备已经具备一定优势。根据ChipInsights统计，公司2019年出货预估在50台以上，包括较多用于先进封装和LED光刻机和少量用于面板的光刻机，按出货量计算，公司在IC前道以外的光刻机的市占率接近30%。

上海微电子装备目前并未披露其营收情况，但我们可以根据其出货情况和其他公司类比推测。 Veeco公司的光刻机产品结构和上海微电子装备比较类似，都以先进封装和LED光刻机为主。2019年Veeco公司光刻机的营收约为3亿元人民币，预估销售台数在20台以内，据此推算该公司光刻机单价在1500万元~2000万元。

4.假设上海微电子装备产品单价和Veeco接近，结合上海微电子装备50+台的出货量推算，其2019年光刻机营收大概率在7.5亿元到11亿元，加上激光检测和特殊应用两个产品线的营收，公司整体营收规模可能在10到15亿元。 参考A股半导体设备公司的估值水平，静态市销率在8.9倍到66倍，其中科创板公司的市销率显著高于其他主板上市的公司。

在半导体芯片制造中，“光刻”和“刻蚀”是两个紧密相连的步骤，它们也是非常关键的步骤。 “光刻”等同于通过投影在晶片上“绘制”电路图。此时，电路图实际上并未绘制在晶圆上，而是绘制在晶圆表面的光刻胶上。光刻胶的表面层是光致抗蚀剂，光敏材料将在曝光后降解。 “蚀刻”是实际上沿着光致抗蚀剂的表面显影以在晶片上雕刻电路图的图案。

半导体芯片设备蚀刻机在芯片制造领域处于国内替代的最前沿。有三个核心环节，分别是薄膜沉积，光刻和刻蚀。刻蚀是通过化学或物理方法选择性地蚀刻或剥离基板或表面覆盖膜的表面以形成由光刻法限定的电路图案的过程。

其中，光刻是最复杂，最关键，最昂贵和最耗时的环节。刻蚀的成本仅次于光刻，其重要性正在提高。薄膜沉积也是必不可少的重要过程。为了实现大型集成电路的分层结构，需要重复沉积-蚀刻-沉积的过程。

随着国际高端量产芯片从14nm到10nm到7nm，5nm甚至更小芯片的发展，当前市场上普遍使用的浸没式光刻机受到光波长的限制，密钥尺寸无法满足要求，因此必须采用多个模板过程。 使用蚀刻工艺来达到较小的尺寸，使得刻蚀技术及相关设备的重要性进一步提高。

刻蚀机是芯片制造和微处理的最重要设备之一。它使用等离子蚀刻技术，并使用活性化学物质在硅晶圆上蚀刻微电路。 7nm工艺相当于人发直径的千分之一，这是人在大型生产线上可以制造的最小集成电路布线间距，接近微观加工的极限。尽管我国的半导体设备行业与国际巨头之间仍然存在差距，但我们可以看到，无论是受环境，下游需求还是研发能力的驱动，国内半导体设备行业都发生了质的飞跃。

中微公司主要从事高端半导体芯片设备，包括半导体芯片集成电路制造，先进封装，LED生产，MEMS制造以及其他具有微工艺的高端设备。该 公司的等离子蚀刻设备已专门用于国际一线客户的集成电路和65nm至14nm，7nm和5nm先进封装的加工和制造。其中，7nm / 5nm蚀刻技术是国内稀缺性的技术。 该公司的MOCVD设备已在行业领先客户的生产线上投入批量生产，已成为基于GaN的LED的全球领先制造商。

公司的客户包括国内外的主流晶圆厂和LED制造商。随着公司产品性能的不断提高，客户的认可度和丰富度也在不断提高。公司生产的蚀刻设备的主要客户包括 全球代工领导者台积电，大陆代工领导者中芯国际，联电，海力士，长江存储等，光电厂商华灿光电、璨扬光电、三安光电 等。随着中微股份在半导体芯片设备领域的不断发展，公司在IC制造，IC封装和测试以及LED行业中的渗透率不断提高，并且越来越多国际厂商已成为公司的主要客户。公司开发的5nm蚀刻机已通过台积电的验证。 Prismo A7设备在全球基于氮化镓的LED MOCVD市场中处于领先地位，成功超过了传统的领先企业Veeco和Aixtron。

中微公司的主要业务是蚀刻设备和MOCVD设备的生产和销售，并处于国内半导体设备市场的前列。与公司有可比性的公司包括领先的国际蚀刻设备LAM和MOCVD设备领先的Veeco，以及国内两级半导体设备公司北方华创和精测电子。 在蚀刻设备市场上，中微公司与LAM之间存在很大差距，在MOCVD设备领域，中微公司具有与Veeco相近的实力。从国内来看，中微公司和精测电子处于同一水平，仅次于北华创，主要是因为公司是半导体芯片设备的后起之秀。总体而言，中微公司处于国内半导体芯片设备的第一梯队。

2020年前三季度，营业收入为14.8亿元，同比增长21.3％，归属于母公司所有者的净利润为2.8亿元，同比大幅增长105.3％。扣非净利润-4547.3万元，同比下降138.1％。其中，前三季度非经常性损益为2.44亿元。剔除政府补贴，确认的公允价值变动损益为1.55亿元，这主要是由于公司对中芯国际A股股权价值变动的投资以及LED芯片的供过于求。随着价格持续下降，下游企业面临毛利率和库存的双重压力。

A股上市公司半导体芯片刻蚀设备黑马股中微公司自2020年7月见顶后保持中期下降趋势，主力筹码相对较少控盘不足，据大数据统计，主力筹码约为21%，主力控盘比率约为31%； 趋势研判与多空研判方面，可以参考15日与45日均线的排列关系，中短期以15日均线作为多空参考，中期以45日均线作为多空参考。

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