Аммиак для полупроводников: патентный анализ

Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о NH3 чистотой 5 и 6 «девяток». Аммиак  — это простейшее химическое соединение азота с водородом, бесцветный газ с резким запахом. Он легко растворим в воде, несколько хуже — в спирте, ацетоне, бензоле, хлороформе. В быту, в домашней аптечке известен как «нашатырный спирт» (обычно 10% концентрация аммиака в воде).

Где используется аммиак?

Аммиак, вещество большой крупнотоннажной химии, применяется в производстве азотной кислоты, мочевины, солей аммония, аммофоса, уротропина, соды, как жидкое удобрение, в качестве хладагента и др.

В микроэлектронике аммиак используется для выращивания эпитаксиальных структур полупроводниковых соединений A3B5 в установках МОС-гидридной эпитаксии методом химического осаждения из газовой фазы путём термического разложения. Основные области применения следующие:

1. Светоизлучающие диоды (LED);

2. Жидкокристаллические дисплеи (thin-film-transistor liquid-crystal display TFT-LCD);

3. Полупроводники (Semiconductors);

4. Солнечные элементы (Solar);

5. Прочие.

Среди прочих применений можно особо отметить усилитель мощности СВЧ-сигнала бортовой РЛС беспилотных летательных аппаратов.

В маркетинговом исследовании Electronic Grade Ammonia (NH3) Market Size, Share, Growth, and Industry Analysis, By Type (above 99.999% Purity) By Application (LED, TFT-LCD, Semiconductors, Solar and Others), Regional Forecast By 2031 мировой рынок в 2022 году оценивался в $126 млн и, по прогнозам, достигнет $200 млн к 2031 году. Доли потребления аммиака чистотой более пяти «девяток» и более шести «девяток» примерно одинаковы. Основными игроками на мировом рынке являются Linde plc, Sumitomo Seika Chemicals Company, Ltd., Haining Indusair Electronics Co., Ltd., Suzhou Jinhong Gas Co., Ltd., Showa Denko K.K., Air Liquide S.A., Air Products and Chemicals, Inc. и Guangdong Huate Gas Co., Ltd.

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано более 100 000 документов на сентябрь 2024 по Ammonia + semiconductor. Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:

1. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (株式会社半導体エネルギー研究所) — 12,1%;

2. Nichia Corporation (日亜化学工業株式会社) — 2,5%;

3. Toshiba — 2,2%;

4. Samsung Electronics Co., Ltd. — 1,4%;

5. Micron Technology, Inc. — 1,4%.

На первом месте со значительным отрывом от конкурентов расположилась Semiconductor Energy Laboratory Co. Ее основателю и патентному королю Японии Ямадзаки Сюмпэю мы уже посвятили отдельный материал на Хабре. Второе и третье места также за японскими корпорациями. 

Как видите, безусловное лидерство за японскими и южнокорейскими компаниями электронной специализации. 

Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:

• полупроводниковые приборы H01L — 83,7%;

• покрытия C23C — 14,5%;

• выращивание монокристаллов; направленная кристаллизация эвтектик или направленное расслаивание эвтектоидов; очистка материалов зонной плавкой; получение гомогенного поликристаллического материала C30B — 10,4%;

• устройства со стимулированным излучением H01S — 9%;

• использование наноструктур B82Y — 7,7%.

Просьба не удивляться таким цифрам. Довольно часто патентные заявки подаются по нескольким классам сразу. Но абсолютное лидерство за полупроводниковыми приборами. Например, в патенте JP6023651B2 «Метод производства полупроводниковых устройств» (Method for manufacturing semiconductor device) для формирования пленки нитрида кремния толщиной 275 нм применяли смесь силана, азота и аммиака (расход SiH4 200 куб.см; расход N2 2000 куб.см и расход NH3 2000 куб.см). 

А что же в России?

В базе ФИПС на «аммиак электроника» числится всего 7 патентов РФ на изобретения, из которых только 2 действующие. По подклассу «полупроводниковые приборы H01L» нет ни одного.

В базе ФИПС на «аммиак полупроводник» 90 патентов РФ на изобретения, из которых 12 действующие. Полупроводниковых приборов касается 6 патентов:

• №2572503 — «Способ осаждения монокристаллической пленки кубического нитрида бора на полупроводниковую кремниевую подложку» от АО «Оптрон» (Московский завод по выпуску элементов и приборов микроэлектроники; основан в 1956 году, является одним из первых отечественных предприятий по производству полупроводниковых приборов и микросхем);

• №2678944 — «Способ формирования диэлектрического слоя на поверхности кристалла InAs» от АО «Московский завод “САПФИР”»;

• №2694118 — «Способ изготовления фотовольтаических элементов с использованием прекурсора для жидкофазного нанесения полупроводниковых слоев р-типа», Национальный исследовательский технологический университет МИСиС;

• №2756579 — «Способ изготовления омических контактов мощных электронных приборов» от АО «НПП Исток им. Шокина» (Фрязино);

• №2787299 — «Способ формирования полевых транзисторов»  и №2822580 «Способ изготовления полупроводникового прибора» авторов из Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова (Нальчик).

Патентов РФ на полезные модели по нашей тематике нет.

Программ для ЭВМ, баз данных и топологий интегральных микросхем нет по запросу «аммиак полупроводник». 

Заключение

Нижегородское АО «НПП «Салют» выпускает газ электронной чистоты в баллонах из нержавеющей стали объемом 1-20 л. 

В России по крайней мере с 2014 года ведутся «аммиачные» разработки приборов микроэлектроники, включая СВЧ-устройства, силами по крайней мере двух научных учреждений — НТЦ Микроэлектроники РАН (Санкт-Петербург) и Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (Новосибирск). Куратор — Минпромторговли РФ.

На сайтах указанных институтов РАН сообщается о светодиодных светильниках для медицины, фотометрах для конкретных задач экспресс-анализа (для питьевой воды и жидкостей в плавательных бассейнах, растительной пищевой продукции и т. д.), тепловизоры (в том числе для медицинской диагностики варикозного расширения вен), силовые СВЧ-транзисторы, устройства энергонезависимой резистивной памяти и т.п.

Отечественных патентов, увы, крайне мало. Очевидно отставание в первую очередь от японских коллег. При этом о лицензировании существующих зарубежных патентов в нынешних условиях речи не идет. 

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности.

Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале