■ 姚日英■ 宮龍飛

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心蘇州協(xié)鑫光伏科技有限公司

黑硅技術(shù)的專利分析

■ 姚日英*■ 宮龍飛

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心蘇州協(xié)鑫光伏科技有限公司

針對黑硅技術(shù)進行專利技術(shù)綜述分析，對國內(nèi)外專利申請情況進行梳理，為國內(nèi)黑硅技術(shù)研究發(fā)展提供參考。

黑硅；飛秒激光；離子束刻蝕；金屬誘導(dǎo)輔助；電化學；專利分析

0　引言

黑硅由于具有特殊的表面結(jié)構(gòu)而顯示出無比的吸光優(yōu)越性，它對近紫外-近紅外波段的光（0.25 ～2.5 μm）幾乎全部吸收，這使得黑硅在太陽電池和MEMS光電傳感器等領(lǐng)域具有極好的應(yīng)用前景并成為研究熱點。1998年，哈佛大學Eric Mazur教授和他的研究生Wu［1］，在實驗中通過飛秒激光束照射硅片而獲得一種表面形成有序微結(jié)構(gòu)的材料——黑硅，并發(fā)現(xiàn)這種微結(jié)構(gòu)對太陽光的反射率極低，從而開啟了對黑硅的廣泛研究。常見的黑硅材料有多種表面結(jié)構(gòu)，如柱狀陣列結(jié)構(gòu)［2］、孔狀陣列結(jié)構(gòu)［3］、絮狀結(jié)構(gòu)［4］等，所有的結(jié)構(gòu)都表明只要其陷光能力強，硅片的表面皆可呈現(xiàn)出黑色的形貌，這也是黑硅名字的由來。

1　黑硅專利技術(shù)的整體申請情況

1.1專利申請量趨勢分析

文章以關(guān)鍵詞結(jié)合分類號的方式，分別在中文數(shù)據(jù)庫CNABS，外文數(shù)據(jù)庫VEN、USTXT、EPTXT、WOTXT進行檢索，檢索時間截止至2015年5月30日。

圖1中，在華專利申請是指國內(nèi)外申請人在中國的專利申請，可以看出，在華專利申請趨勢與全球?qū)＠暾埖内厔荼３忠恢拢笾路譃?個階段，即以2008年為分界點，2008年之前處于萌芽階段，2008年之后出現(xiàn)了黑硅專利申請的爆發(fā)階段。1998年，哈佛大學發(fā)現(xiàn)黑硅優(yōu)越的光吸收性能后，在美國軍方的資助下秘密研究了近10年。在此階段，黑硅技術(shù)并未引起足夠重視，僅處于萌芽階段。2008年，哈佛大學向SiOnyx公司提供了“黑硅”材料的專利授權(quán)，SiOnyx將“黑硅”商用化，實現(xiàn)了黑硅光電探測器的產(chǎn)業(yè)化。這一消息使得黑硅技術(shù)的光明前景從一種可能性轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實，因此很快受到世界各國的重視，紛紛開展相關(guān)研究。因而這一時期較前一階段的申請量出現(xiàn)明顯的增長。特別是中國申請量，實現(xiàn)了從零到有、趕超美國的井噴局面，申請量占據(jù)全球的一半以上。而2014年全球申請量和在華申請量的下降，則可能與部分專利未公開有關(guān)，在此不作為主要數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

圖1　黑硅技術(shù)在全球及在華專利申請趨勢

1.2專利申請技術(shù)分支分布

通過對黑硅技術(shù)在華專利申請的技術(shù)分支進行統(tǒng)計（如圖2所示）可以看出，目前制備黑硅的主流工藝有4種，分別是金屬誘導(dǎo)輔助化學腐蝕法、飛秒激光刻蝕法、反應(yīng)離子束刻蝕法（RIE）和電化學法。具體來說，近一半的研究采用金屬誘導(dǎo)輔助化學腐蝕法，這是由于化學腐蝕設(shè)備成本較低，效率高，可實現(xiàn)大面積黑硅的制備，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，這對極為重視生產(chǎn)成本的太陽電池產(chǎn)業(yè)來說是極有吸引力的，因此成為國內(nèi)的研究熱點。另外，飛秒激光刻蝕法和反應(yīng)離子束刻蝕法的占比分別排第2、第3位，兩者比重接近，這是因為兩者相對于金屬誘導(dǎo)輔助化學腐蝕法而言，都屬于“干”法制備，不需要與溶液接觸，這與很多器件的制備工藝更兼容，適用于研究及小批量的制備，因此也是研究的主要方向。而電化學法比金屬誘導(dǎo)輔助化學腐蝕法的成本高、工藝繁瑣，表面結(jié)構(gòu)的可控性也一般，因此是4種技術(shù)中發(fā)展最緩慢的，其申請量也極少。

圖2　在華專利申請技術(shù)分支分布圖

1.3專利申請的申請人分布

對國內(nèi)外關(guān)于黑硅專利的申請人進行統(tǒng)計（如圖3所示）后發(fā)現(xiàn)，中國申請人中，約85%的申請來自于高校及研究院等科研單位，而企業(yè)的申請量僅占約13%。中國高校及研究院的申請人中，大部分高?；蜓芯吭旱纳暾埩吭?件以下，申請量在8件以上的僅有中國科學院微電子研究所、電子科技大學和中國科學院半導(dǎo)體研究所；而中國的企業(yè)申請人中沒有代表性的申請人，且申請量普遍較少；而來自企業(yè)的國外申請人占比約為50.9%，遠高于來自企業(yè)的中國申請人的占比，這說明我國黑硅技術(shù)要實現(xiàn)市場化還需要做大量的工作和努力，同時，高校等科研院所的技術(shù)轉(zhuǎn)化還需要加強力度。在今后的發(fā)展中，國內(nèi)該領(lǐng)域的申請人也應(yīng)多研究和借鑒前沿技術(shù)，加強專利布局，重視核心技術(shù)的外圍開發(fā)，以增強我國技術(shù)的競爭實力。

圖3　國外和中國申請人類型分布

2　結(jié)束語

文章通過對國內(nèi)外黑硅技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖姆治?，能夠清晰和準確地顯示現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展狀況，為我國相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)、科研院所等的研發(fā)提供一定的參考和借鑒。

［1］ Her T H， Finlay R J， Wu C， et al. Microstructuring of silicon with femtosecond laser pulses［J］. Applied Physics Letters， 1998，73（12）: 1673-1675.

［2］ Halbwax M， Sarnet T， Delaporte P， et al. Micro and nanostructuration of silicon by femtosecond laser: Application to silicon photovoltaic cells fabrication［J］. Thin Solid Films， 2008， 516（20）: 6791-6795.

［3］ Kurek A， Barry S T. Metal-assisted chemical etching using sputtered gold: a simple route to black silicon［J］. Science and Technology of Advanced Materials， 2011，12（4）: 320.

［4］ Huang Zhipeng， Geyer N， Werner P， et al. Metal-assisted chemical etching of silicon: A review［J］. Advanced Materials，2011， 23（2）: 285-308.

2015-08-07

姚日英（1981—），女，碩士，主要從事電學發(fā)明審查部半導(dǎo)體領(lǐng)域的專利實質(zhì)審查。yaoriying@aliyun.com