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作为近年的新兴技术,我国第三代半导体首次超越美国

发布时间:2019-09-04 23:08编辑:七娃阅读(

      最近几年,伴随着政府的重视与政策支持,以及产业资本的涌入,使得我国半导体制造业出现了欣欣向荣的局面,特别是在IC设计业快速发展的牵引下,对制造提出了更多的需求,使得相关项目纷纷上马,包括半导体材料(如硅片)、制造设备,以及晶圆代工厂等。
      第三代半导体为近年新兴的技术,主要聚焦于碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体新材料领域的突破性技术发展以及新材料器件研发。
      基于行业发展需求,本文对第三代半导体产业专利状况从全球整体态势、碳化硅和氮化镓关键技术、英飞凌和科锐等典型企业专利布局及运用策略、美国政府资助项目知识产权产出机制等方面进行研究。
      据了解,20世纪初出现第三代半导体相关专利申请,大约在2000年以后,相关专利申请开始进入快速增长阶段。美国早期领衔全球专利增长,2010年前后我国的申请量首次超过美国。美国、日本、中国、韩国、德国等国家或地区相关专利申请量增长较快。
      截至2018年9月30日,第三代半导体产业专利总量约为8.751万件。碳化硅、氮化镓、其他金属氧化物三种主要材料申请数量较为接近;其中碳化硅材料功率半导体和器件工艺较为热门,氮化镓材料外延生长和光电子比重较大。
      氮化镓关键技术
      氮化镓具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀以及抗辐射等优点,又与现有硅半导体工艺兼容性强,在降低成本方面显示更大的潜力。涉及氮化镓器件制备的技术演进主要从衬底技术、结构、设备等方面进行分析。
      在氮化物同质衬底技术方面,三菱公司提出改进品质和厚度的GaN单晶制造法和具有低位错密度的氮化镓族晶体基底部及用途;LG公司则优化了快速形成单晶GaN半导体衬底的方法;住友公司利用磨削将在表面上具有C面的氮化物半导体衬底的表面加工为面粗糙度Rms5nm~200nm;索尼公司改进了蓝宝石衬底蚀刻方法。
      英飞凌专利布局及运用策略
      英飞凌前身为西门子集团的半导体部门,目前是全球领先的半导体公司之一。英飞凌在氮化镓和碳化硅材料的专利整体均呈现平稳的增长,2011年开始该两种材料领域的专利急速增长并在2015年达到顶峰,技术步入成熟期。
      英飞凌专利布局区域主要集中在美、德、中、日。另外在欧洲亦有相当数量的申请。剩下的申请则在韩国和澳大利亚。其中,英飞凌在美国和德国的专利数量尤为领先。在中国的专利数量也相当可观,排在美、德之后。
      英飞凌技术分支专利布局情况,其技术分支主要为碳化硅单晶生长、碳化硅衬底加工、碳化硅外延生长、碳化硅器件工艺和碳化硅封装,氮化镓异质衬底、氮化镓同质衬底、氮化镓外延生长和氮化镓芯片封装。在全球范围,其在碳化硅器件工艺、氮化镓封装和氮化镓外延生长的申请量较高,分别为165件、101件和82件,在剩下几个领域的申请量则较低,皆在40件以下。在中国,其在氮化镓同质衬底、氮化镓封装和碳化硅器件工艺领域的申请量稍高,为70件、58件和46件,其余领域的申请量较低。
      美国政府资助项目 知识产权产出机制
      自1987年美国政府以年预算补贴10亿美元资助14家美国半导体企业组成Sematech联盟以来,美国政府始终不遗余力地增加对半导体、人工智能等新兴技术及产业的投入,以期开创下一个十年乃至百年的领先。美国国家“电子复兴计划“(ERI)已公开的一部分内容显示,整个项目资金已经达到22.5亿美元,将专注于开发用于电子设备的新材料、将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构以及进行软硬件设计上的创新。该计划是为了补充之前致力于加速电子技术和电路及子系统的生产力增长和性能提升的“联合大学微电子学计划”(JUMP)。相对于JUMP,ERI更加实际,也更接近产业,预期的商业和国防利益将在2025年至2030年实现。
      成立于1987年的科锐,1993年在美国纳斯达克上市。上市前后科锐开始参与美国政府资助项目。从项目资助的来源看,海军和空军相关部门是科锐公司参与政府资助项目的主要来源,SDIO(战略防御计划组织)也对科锐公司进行了项目资助。这一方面说明这两个部门更看重碳化硅领域的技术创新,另一方面也说明美国政府部门之间在同一技术领域的资助合作效率高,不会相互排斥。