浅析单晶硅的生产现状
2023年单晶硅行业市场需求分析
2023年单晶硅行业市场需求分析
单晶硅是半导体制造和光伏发电等领域的关键原材料之一，市场需求受
到多种因素的驱动。
下面将从半导体行业和光伏行业两个方面进行分析。
半导体行业：单晶硅占据主导地位
半导体行业是单晶硅的最大市场之一，单晶硅占据了该领域中的主导地位。
在半导体制造过程中，单晶硅通过加热熔化后再冷却结晶，形成纯
度极高的单晶硅棒，接着进行多道工艺加工成具有导电性的芯片，然后
用于芯片制造。
随着信息技术的发展和应用领域的不断扩张，半导体芯片的需求量不断
增加。
例如，移动互联网和云计算的兴起，使得数据处理和存储的需求
量大幅上升。
此外，人工智能、自动驾驶、物联网等新兴领域的发展，
也加速了芯片普及的速度。
光伏行业：单晶硅为主流材料
光伏行业是单晶硅的另一个主要市场。
目前，单晶硅在光伏市场中占据
着相当大的市场份额。
光伏电池的制造分为多晶硅电池和单晶硅电池两
种类型。
单晶硅电池相比多晶硅电池具有更高的转换效率、更长的使用
寿命和更高的稳定性，在高端市场具有更大的竞争优势。
随着世界各国制定气候变化目标，并逐步减少化石能源的使用，清洁能源市场迅速扩大。
我国正在推进光伏发电规模化应用，到2030年，我国光伏装机容量将达到1000GW。
这将带动单晶硅的市场需求。
综上所述，单晶硅市场需求在半导体和光伏行业中具有重要地位。
随着科技的不断发展和清洁能源市场的不断扩大，单晶硅的市场需求将继续增长。
单晶硅和多晶硅发展现状和趋势
二 单晶硅和多晶硅的现状
• 1 单晶硅的现状 • 单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。 在地壳中含量达25.8%的硅元素，为单晶硅的生产 提供了取之不尽的源泉。近年来，各种晶体材料， 特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相 关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支 柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的 先导产业。单晶硅作为一种极具潜能，亟待开发利 用的高科技资源，正引起越来越多的关注和重视。
• 单晶硅为灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。 沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝 酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时 易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显 变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温 熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料 作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料， 但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用 于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、 电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体 在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。 • 多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差 异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性 质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电 学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著， 甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极 小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别 须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
• 多晶硅产业发展预测 • 高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的 基础原料，在未来的50年里，还不可能有其他材 料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原 材料。 • 随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全 球对多晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。世 界多晶硅的产量2005年为28750吨，其中半导体 级为20250吨，太阳能级为8500吨。半导体级需 20250 8500 求量约为19000吨，略有过剩；太阳能级的需求 量为15600吨，供不应求。近年来，全球太阳能 电池产量快速增加，直接拉动了多晶硅需求的迅 猛增长。全球多晶硅由供过于求转向供不应求。 受此影响，作为太阳能电池主要原料的多晶硅价 格快速上涨。
单晶硅行业现状及前景
单晶硅行业现状及前景单晶硅是目前最常用的半导体材料之一，广泛应用于太阳能光伏、半导体芯片和光纤等领域。
本文将从全球单晶硅行业的现状出发，探讨其发展前景，并分析相关的市场趋势和挑战。
一、全球单晶硅行业现状全球单晶硅市场持续增长，主要受益于可再生能源的快速发展、半导体产业的扩张以及电子产品需求的增加。
目前，中国是全球最大的单晶硅生产国，生产能力占据全球总产量的60%以上。
在太阳能光伏领域，单晶硅是最常用的制造材料之一。
太阳能发电作为一种清洁能源，得到了全球范围内的广泛关注。
同时，政府对可再生能源的支持政策也进一步推动了太阳能光伏市场的发展。
预计到2025年，全球太阳能光伏发电装机容量将突破1,000 GW，这将为单晶硅行业提供巨大的增长机会。
在半导体产业领域，单晶硅是芯片制造的重要材料。
随着计算机、通信和消费电子产品的不断普及，半导体市场需求持续增长。
单晶硅晶圆的优异特性使其成为制造高性能芯片的理想材料，因此，单晶硅行业在半导体领域的发展潜力巨大。
二、单晶硅行业发展前景1. 太阳能光伏市场潜力巨大随着全球对清洁能源需求的不断增加，太阳能光伏市场发展前景广阔。
作为太阳能电池的关键材料，单晶硅将在未来几年中继续保持市场主导地位。
预计到2030年，全球太阳能光伏装机容量将达到5,000 GW以上，这将为单晶硅行业带来更多的发展机遇。
2. 半导体市场需求强劲随着新一代技术的不断推进，包括5G通信、人工智能和物联网等领域的快速发展，对高性能芯片的需求日益增长。
而单晶硅作为半导体制造的核心材料，将继续受益于这一市场需求的增长。
预计到2025年，全球半导体市场规模将达到1.2万亿美元，为单晶硅行业提供了巨大的市场空间。
三、市场趋势与挑战1. 产能扩张与技术创新随着行业需求的增长，单晶硅生产企业需要进行产能扩张，以满足市场需求。
同时，技术创新也是行业发展的关键因素。
通过提高生产效率和降低制造成本，企业可以增强竞争力，并适应市场需求的变化。
中国硅基材料行业发展现状
中国硅基材料行业发展现状一、行业规模近年来，中国硅基材料行业规模不断扩大。
随着技术的进步和产业结构的升级，硅基材料在太阳能、电子、航空航天等领域的应用越来越广泛，市场需求持续增长。
同时，政府加大对硅基材料行业的支持和投入，推动产业向高端化、规模化方向发展。
二、技术进步中国硅基材料行业在技术方面取得了显著进步。
企业加大研发投入，引进先进设备，提高生产效率和产品质量。
在硅片、晶圆、单晶硅等领域，中国已经具备了较强的自主研发和创新能力，逐步缩小与国际先进水平的差距。
三、市场需求随着经济的发展和人民生活水平的提高，中国硅基材料市场需求持续增长。
太阳能光伏、半导体、航空航天等领域的快速发展，对硅基材料的需求越来越大。
未来，随着5G通信、物联网、人工智能等新兴产业的崛起，硅基材料市场需求将继续保持快速增长。
四、政策影响中国政府一直高度重视硅基材料行业的发展，制定了一系列产业政策和规划，为企业发展提供了良好的政策环境。
例如，政府加大对新能源、新材料等战略性新兴产业的支持力度，为硅基材料行业的发展提供了有力保障。
五、国际竞争中国硅基材料行业在国际市场上具有较强的竞争力。
随着技术水平的提升和产业规模的扩大，中国硅基材料的质量和性能得到不断提升，成本优势也逐渐显现。
然而，国际市场竞争仍然激烈，中国企业需要加强技术创新和品牌建设，提高产品的附加值和市场占有率。
六、循环经济随着环保意识的增强和资源的日益紧张，循环经济成为硅基材料行业发展的重要趋势。
企业通过提高资源利用效率、降低能耗和减少废弃物排放，实现可持续发展。
此外，政府加大对循环经济的支持力度，推动废弃硅基材料的回收和再利用，为行业发展提供了新的机遇。
七、绿色发展绿色发展是中国硅基材料行业的重要发展方向。
企业在生产过程中注重环境保护，加强绿色生产技术的研发和应用，推动产业的绿色化转型。
此外，政府加强环保监管力度，促进企业节能减排和环保技术的升级改造，为硅基材料行业的可持续发展提供有力保障。
单晶材料发展现状
单晶材料发展现状单晶材料是指晶体中存在一个区域具有完全相同的结构和取向，而其他区域则具有完全不同的结构和取向的材料。
它具有良好的热力学和力学性能，广泛应用于航空航天、能源、电子、光电等领域。
以下是单晶材料发展现状的介绍。
首先，单晶金属材料的发展进展迅速。
随着航空航天行业的不断发展，对高温、高强度、高韧性材料的需求越来越迫切。
单晶镍基合金作为一种重要的高温结构材料，具有良好的高温性能和抗氧化性能，已经成功应用于航空航天领域。
其次，单晶半导体材料的研究也取得了重要进展。
单晶硅是目前最常用的半导体材料，广泛应用于电子和光电子器件。
近年来，随着半导体技术的快速发展，人们逐渐开始研究其他单晶半导体材料，如氮化镓、碳化硅等，这些材料具有更高的载流子迁移率和更宽的能隙，可以应用于高性能功率器件和光电子器件。
另外，单晶陶瓷材料的研究也取得了一定的进展。
单晶陶瓷材料具有优异的力学性能和耐高温性能，被广泛应用于航空发动机、汽车发动机等高温工况下的零部件。
近年来，人们开始研究新型单晶陶瓷材料，如氧化锆、氧化铝等，以提高其力学性能和热稳定性，为高温工况下的应用提供更好的材料。
最后，单晶材料的制备技术也在不断改进和发展。
传统的单晶材料制备方法主要包括自发生长法、凝结法和加工法。
近年来，随着材料科学和制备技术的进步，人们开始采用先进的技术，如溶剂热法、气相沉积法等，以提高单晶材料的质量和尺寸，同时降低制备成本。
总的来说，单晶材料作为一种具有独特性能的材料，在航空航天、能源、电子、光电等领域具有广阔的应用前景。
随着材料科学和制备技术的不断进步，相信单晶材料的研究和应用将得到进一步的推动和突破。
硅产业发展现状和趋势研究报告
硅产业发展现状和趋势研究报告硅产业是指以硅材料为基础的产业，包括硅材料的生产、加工和应用等环节。
硅材料主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅等类型，是现代电子信息产业、太阳能产业和光电子产业的基础材料之一、本文将对硅产业的发展现状和趋势进行研究。
一、硅产业发展现状：1.生产环节：硅材料的生产主要集中在少数发达国家和地区，如美国、日本、韩国和中国等。
中国是全球硅材料生产第一大国，年产量占全球的70%以上。
中国的单晶硅生产技术达到国际先进水平，但多晶硅和非晶硅的生产技术还有待提高。
2.加工环节：硅材料加工主要包括切割、打磨和组装等工序。
目前，硅材料加工技术已经相对成熟，但在高速切割和薄片处理等方面仍有一定的技术难题。
3.应用环节：硅材料的应用非常广泛，主要包括电子信息产业、太阳能产业和光电子产业等。
在电子信息产业中，硅材料被广泛应用于半导体芯片、集成电路和显示屏等产品中。
在太阳能产业中，硅材料则是光伏电池的核心材料。
在光电子产业中，硅材料主要用于光学器件和光纤通信等领域。
二、硅产业发展趋势：1.技术创新：随着科技的不断进步，硅产业将会面临技术创新的挑战和机遇。
在硅材料生产环节，需要进一步提高多晶硅和非晶硅的生产技术，降低制造成本。
在硅材料加工环节，需要解决高速切割和薄片处理等技术难题，提高产品质量和加工效率。
在硅材料应用环节，需要加强光电子产业和新能源产业的融合应用，推动硅材料在光伏电池、光学器件和光纤通信等领域的创新应用。
2.资源优化：硅材料的生产需要大量的石英矿石和电力资源。
随着石英矿石和电力资源的稀缺性增加，硅产业将面临资源优化的压力。
因此，需要进一步提高硅材料的资源利用效率，降低生产过程中的能耗和排放。
3.绿色发展：硅产业对环境的影响较大，主要表现为能源消耗和废物排放等方面。
为了实现可持续发展，硅产业需要加大绿色技术和绿色制造的研发力度，减少能源消耗和废物排放，并积极推行循环经济模式，实现资源的可再生利用。
多晶硅和单晶硅发展现状和趋势
图6
国际化硅子和通信产业的发展，硅基材料成为硅材料工业 发展的重要方向。硅基材料是在常规硅材料上制作的，是常规 硅材料的发展和延续，其器件工艺与硅工艺相容。目前SOI技 术已开始在世界上被广泛使用，SOI材料约占整个半导体材料 市场的30%左右，预计到2010年将占到50%左右的市场。Soitec 公司（世界最大的SOI生产商）的2000年～2010年SOI市场预测 以及2005年各尺寸SOI硅片比重预测了产业的发展前景。
图7 最新硅基材料
4．硅片制造技术进一步升级 ．
半导体,芯片集成电路,设计版图,芯片制造,工艺目前世 界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺，使制片技 术取得明显进展。在日本，Φ200mm硅片已有50%采用线切 割机进行切片，不但能提高硅片质量，而且可使切割损失 减少10%。日本大型半导体厂家已经向300mm硅片转型，并 向0.13μm以下的微细化发展。 另外，最新尖端技术的导入，SOI等高功能晶片的试制 开发也进入批量生产阶段。对此，硅片生产厂家也增加了 对300mm硅片的设备投资，针对设计规则的进一步微细化， 还开发了高平坦度硅片和无缺陷硅片等，并对设备进行了 改进。
表1 2000—2007年世界太阳能装机产量增长 2000—2007年世界太阳能装机产量增长
美国能源部计划到2010年累计安装容量4600MW，日本计 划2010年达到5000MW，欧盟计划达到6900MW，预计2010年 世界累计安装量至少18000MW。
表2
2001—2007年全球多晶硅生产情况 2001—2007年全球多晶硅生产情况
制作人： 制作人：晏威
班级：09化学
一、简介
单晶硅
硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具 有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%， 甚至达99.9999999%以上。
2024年中国单晶硅生长炉行业分析报告-行业供需现状与发展潜力评估
中国单晶硅生长炉行业在2023年中展现了强大的生产能力，尤其在单晶硅材料的生产中，中国已经成为全球最大的生产国。
然而，在与国际的竞争环境中，中国单晶硅生长炉行业还面临着一些挑战和问题。
首先，尽管中国在单晶硅生长炉的生产和销售方面在全球范围内居于领先地位，但在技术水平上仍存在一定的差距。
国际上一些先进的生长炉技术，诸如高压高温下的硅生长技术等，中国在这方面仍相对落后，这无疑为中国单晶硅生长炉行业的进一步发展带来一定挑战。
其次，中国单晶硅生长炉行业还面临着市场竞争激烈和产能过剩的压力。
根据相关统计数据显示，中国当前的单晶硅生长炉产能已明显超过市场需求，过剩的产能可能导致价格战，影响行业整体利润水平，甚至可能引发行业的不健康竞争。
然而，尽管中国单晶硅生长炉行业面临一些挑战和问题，但其发展潜力依然巨大。
随着中国新能源政策的逐步推进和落实，以及国家在新能源领域重大项目的持续投资，对单晶硅的需求将会大大增长。
同时，中国已经在单晶硅生长炉的设计和生产方面具有相对完善的制造体系和产业链，具有强大的生产和供应能力。
总的来说，中国单晶硅生长炉行业在2023年的发展中展现出了明显的优势，但也面临一些挑战。
在技术水平上需要进行追赶，在产能和市场需求方面需要进行适度调整。
然而，随着中国新能源政策的推进和新能源市场的不断开拓，单晶硅生长炉行业的前景仍然充满希望。
在此基础上，相信中国单晶硅生长炉行业将能够迎接挑战，抓住机遇，实现自身的长足发展。
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浅析单晶硅的生产现状
发表时间：2018-07-23T16:41:02.197Z 来源：《知识-力量》2018年8月上作者：高磊刘佳佳[导读] 本文综述了制造光伏电池和集成电路用单晶硅的特点，对直拉法生长单晶硅的基本原理及生产工艺进行论述，并且分析了直拉法单晶生长过程中的主要杂质及其来源。
（郑州大学，河南郑州 450001）
摘要：本文综述了制造光伏电池和集成电路用单晶硅的特点，对直拉法生长单晶硅的基本原理及生产工艺进行论述，并且分析了直拉法单晶生长过程中的主要杂质及其来源。
关键词：单晶硅直拉法生产工艺前言
单晶硅属于立方晶系，金刚石结构，是一种性能优良的半导体材料。
应用于制作晶体管、微处理器、存储器、模拟电路等，其中90%的半导体器件和集成电路都是用硅单晶制作的。
目前，单晶硅在太阳能光伏电池和集成电路中的应用最为广泛。
随着电子通讯行业和太阳能光伏产业的快速发展，半导体工业也随之迅猛发展。
到目前为止，太阳能光电工业基本上是建立在硅材料基础之上的，以硅材料为主的半导体专用材料在国民经济、军事工业中的地位非常重要，全世界的半导体器件中有95 % 以上是用硅材料制成。
其中单晶硅则是半导体器件的核心材料，单晶硅属于立方晶系，具有类似金刚石的结构，硬度大，在较宽的温度范围内，都能够稳定地工作，其热稳定性和电学性能非常好。
硅材料的优点及用途决定了它是目前最重要、产量最大、发展最快、用途最广泛的一种半导体材料。
因此，单晶硅制备工艺发展迅速，产量大幅增加。
1单晶硅生产工艺
当前制备单晶硅主要有两种技术，根据晶体生长方式不同，可分为悬浮区熔法和直拉法。
这两种方法制备的单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域，区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面，而直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主体。
区熔法：在整个制备单晶硅的过程中，不需要使用石英坩埚支撑，高温的硅并没有和任何其它物质接触，因而很容易保持高纯度。
这种方法制备的单晶硅氧含量低，但是不容易生长出较大直径的硅单晶。
直拉法：也被简称为CZ 法，现已成为制备单晶硅材料最为重要的方法之一。
CZ法是将原料装在一个石英坩埚中，外面用石墨加热器进行加热，当原料被加热器熔化后，将籽晶插入熔体之中，在合适的温度下，边转动边提拉，即可获得所需单晶。
直拉法的优点是：可以方便地观察晶体生长过程、晶体生长时内部热应力小、可以方便地使用“缩颈”工艺，降低位错密度，成品率高、方便的控制温度梯度、有较快的生长效率。
直拉法生长单晶的具体工艺过程包括装料、化料、熔接、引晶、放肩、转肩、等径生长和收尾这几个阶段： 1.装料：根据所设计的投料量，将块状多晶硅料装入石英坩埚内并放入到单晶炉中。
在此阶段有两个问题需要特别注意: 投料量和熔料温度，避免在化料过程中产生不利的问题，例如挂边、破裂。
2.抽真空：将单晶炉内的空气抽出，真空合格后充入保护气体氩气。
3.化料：打开功率进行加热，使炉体上升到1500℃左右。
熔硅时，应注意炉内真空度的变化，一般来说，在流动气氛下或在减压下熔硅比较稳定。
熔硅温度升到1000℃时应转动坩埚，使坩埚各部受热均匀。
4.熔接：当硅料全部溶化，调整加热功率以控制熔体的温度。
待熔体稳定后，降下籽晶至离液面3-5mm 距离，使籽晶预热，以减少籽晶与溶硅的温度差，从而减少籽晶与溶硅接触时在籽晶中产生的热应力。
预热充分后的籽晶则可以继续下降与液面进行熔接，同时籽晶保持一定的旋转速度。
5.引晶：为排除籽晶在熔接时由于受热冲击而产生的位错延伸到晶体中，需要控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，在引晶过程中需注意两个关键因素：坩埚的位置和液面温度。
6.放肩：为使得晶体直径达到制备要求的尺寸，进行放肩。
引晶完成后，将拉速降低，同时降低功率开始放肩。
放肩角一般控制在140°至160°之间，需适当调整放肩速度，保持圆滑光亮的放肩表面。
放肩过程可通过降低拉速或者降低温度实现。
7.转肩：当放肩过程达到目标直径时，要对它的生长进行控制，通过提高拉晶速度进行转肩，使肩近似直角，进入等直径的纵向生长。
8.等径：当晶棒长到一定长度，就可以对其直径进行等径控制，以确保单晶棒直径的上下一致。
等径过程在整个拉晶工艺中占用时间最多也是最重的阶段，这个阶段的工艺直接决定了单晶硅棒的质量。
不仅要控制好晶体的直径，更为重要的是保持晶体的无错位生长。
9.收尾：在晶体生长接近尾声时，生长速度再次加快，同时升高硅熔体的温度，使得晶体的直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终晶体离开液面，单晶硅生长完成。
收尾的作用是防止位错反延。
10.停炉：当单晶硅与液面脱离后，不能立刻把晶棒升高，而是缓慢降低加热器功率直至为零，仍保持氩气的正常流通直至完全冷却，以防止空气对单晶硅表面的氧化。
2直拉单晶中存在的主要杂质目前，在直拉单晶硅中，主要杂质是氧和碳。
（1）单晶硅中的氧杂质在CZ法生长中，氧是直拉单晶硅中的主要杂质，氧不可避免地掺入硅单晶。
其途径是在硅的熔点（1420℃）附近，熔硅与石英坩埚作用，生成sio进入硅熔体，溶解的氧经由熔体的对流和扩散传输到晶体和熔体的界面或自由表面。
熔体中的部分氧在熔体自由表面蒸发，而余下的氧则通过晶体和熔体界面分凝而渗入晶体内。
在实际直拉单晶硅中，氧浓度的表现为头部高、尾部低，在收尾处氧浓度有所上升，同时，氧浓度从单晶硅的中心部位到边缘是逐渐降低的。
这是受晶体生长工艺变化的影响。
(2)单晶中的碳杂质
碳的污染途径主要有：第一，原始多晶中的碳；第二，化硅过程中石墨坩埚托和石英坩埚之间的反应以及高温石英坩埚与石墨加热器件之间的反应，生成的CO进入晶体生长区；第三，密闭性差而漏气导致石墨氧化成CO进入熔硅；第四，在直拉单晶硅生长时，其中的co 气体不易挥发，大多进入硅熔体与熔硅反应，产生单质碳和sio，而sio大部分从熔体表面挥发，碳则留在熔硅中，最终进入晶体硅。
直拉单晶生长时，熔体中碳含量逐渐增加，晶体中沿轴向长度碳是不均匀分布的，头部低，尾部高。
与氧浓度的分布相反，碳浓度在晶体头部很低，而在晶体尾部则很高。
3结论
本文介绍了单晶硅的发展现状，分析了直拉法单晶生长工艺及其存在的主要杂质。
对于太阳能电池来说，单晶中的碳使其漏电性能变坏，还会促使氧的沉淀，过量的氧沉淀会引起大的应力，将导致硅片翘曲，诱生位错、层错等缺陷，对硅光电池的光电转换效果影响也很大。
通过采用大尺寸的石英坩埚，采取精细的工艺，改进晶体生长工艺和生长热场来获得预测最佳的氧、碳含量及其分布，进而提高单晶硅的成品率。
参考文献
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[5]刘寄声.单晶硅与多晶硅生产技术问答[M].北京化学工业出版社，2012.
作者简介：高磊，（1992年12月—），男，汉族，就读于郑州大学，研究方向为机械工程。
刘佳佳，（1990年11月—），男，汉族，就读于郑州大学，研究方向为机械工程。