王晶 王科

2015年6月，國際電信聯(lián)盟確定5G正式名稱、愿景和時(shí)間表等關(guān)鍵內(nèi)容。2017年11月15日，工業(yè)和信息化部發(fā)布《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3300～3600MHz和4 800～5 000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》[1]。

5G大規(guī)模商用時(shí)代正在一步步向我們走來，除了毫米波技術(shù)、大規(guī)模集成天線和編碼技術(shù)、超密集組網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)外，還有更為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件對5G技術(shù)的發(fā)展有至關(guān)重要的影響。

隨著數(shù)據(jù)速率的快速增長，特別是從4G到5G，無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度呈現(xiàn)跨越式提升，對基站以及移動(dòng)終端設(shè)備的要求隨之增強(qiáng)，需要配備更新更快的應(yīng)用處理器、基帶以及射頻器件。以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第3代半導(dǎo)體材料，因?yàn)槠渌哂械母鼘挼慕麕挾?、更高的擊穿電場等特性，更適用于制備5G技術(shù)中所需要的半導(dǎo)體器件、特別是5G通訊中所需的大功率器件，在5G通訊應(yīng)用中有著非常廣闊的前景和機(jī)遇。

本文以包括SiC、GaN在內(nèi)適用于5G技術(shù)中的半導(dǎo)體材料及其半導(dǎo)體器件專利文獻(xiàn)為研究樣本，通過對全球?qū)＠暾堏厔?、中國專利布局現(xiàn)狀、全球領(lǐng)先企業(yè)的專利布局情況進(jìn)行分析，揭示適用于5G技術(shù)中的半導(dǎo)體領(lǐng)域（“以下稱5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)”）的專利整體發(fā)展趨勢、專利布局區(qū)域分布情況以及中國在該領(lǐng)域?qū)＠季脂F(xiàn)狀（見圖1），最終從專利的角度為中國企業(yè)在5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出建議。

1 5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

從專利申請趨勢來看，以SiC、GaN、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的第3代半導(dǎo)體材料的研究發(fā)展起步時(shí)間較早。其中，SiC以及GaN早在20世紀(jì)就開始進(jìn)行研究，特別是SiC材料早在1905年就在隕石中被發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)50代西屋公司研究SiC單晶獲取方式并應(yīng)用SiC材料作為晶體管材料；GaN專利申請晚于SiC材料，最早是1963年由美國柯達(dá)公司申請的GaN材料相關(guān)專利，其中IBM于1971年提出在半導(dǎo)體器件中使用GaN材料層。但由于受到SiC材料以及GaN材料所存在的各種技術(shù)問題的困擾，因而發(fā)展十分緩慢。從專利申請趨勢也可以看出，在1961—1996年期間專利申請量增長緩慢，僅貢獻(xiàn)了14.1%的專利申請總量。

20世紀(jì)90年代后期隨著材料生長技術(shù)的日趨成熟，從1997年德國英飛凌布局SiC半導(dǎo)體器件專利開始，各大半導(dǎo)體廠商開始大量布局SiC材料、GaN材料以及相關(guān)半導(dǎo)體器件的專利，專利數(shù)量快速增長，進(jìn)入發(fā)展的黃金時(shí)期。其中，1997—2010年期間的專利申請量占比達(dá)到了37.2%；2011—2019年期間的專利申請量占比達(dá)到了48.7%。并且，隨著5G通訊技術(shù)的研發(fā)，對以GaN為代表的第3代半導(dǎo)體材料的需求越來越大。由此看來，應(yīng)用于5G技術(shù)的半導(dǎo)體材料在未來幾年會(huì)再次形成一次研發(fā)熱潮。

2 地域分布情況現(xiàn)狀

從全球5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的專利布局區(qū)域分布情況（見圖2）來看，中國是目前全球5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最大的專利布局區(qū)域，雖然中國5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚，但國家和各地方政府陸續(xù)推出政策和產(chǎn)業(yè)扶持基金發(fā)展包括SiC和GaN材料在內(nèi)的第3代半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)，不少地方政府也有針對性對當(dāng)?shù)鼐哂幸欢▋?yōu)勢的SiC和GaN材料企業(yè)進(jìn)行扶持[2]，因此近年來年度專利申請量遠(yuǎn)超過其他區(qū)域。

日本是全球第2大專利布局區(qū)域，住友集團(tuán)（SUMITOMO）、三菱集團(tuán)（MITSUBISHI）、株式會(huì)社日立制作所（HITACHI）等在SiC以及GaN領(lǐng)域研發(fā)實(shí)力雄厚，擁有大量專利。同時(shí)，日本申請人不僅通過世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織（World Intellectual property organization，WIPO）和歐洲專利局（European Patent Office，EPO）提交大量的專利申請，同時(shí)也在其主要的市場國進(jìn)行了有針對性的專利布局，一定程度上反映了日本5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的申請人全球多地區(qū)布局的意識(shí)非常強(qiáng)烈。

美國在全球5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的專利申請量居全球第3位，美國國防部、能源部、科學(xué)技術(shù)委員會(huì)及其部分產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)紛紛制訂有關(guān)SiC、GaN等半導(dǎo)體材料的開發(fā)項(xiàng)目[3]，積極推進(jìn)5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)以及戰(zhàn)略部署，搶占市場。

而從主要國家/地區(qū)在5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)SiC、GaN材料的專利申請量布局情況來看，目前SiC布局的熱度仍略高于GaN材料，且布局技術(shù)主要以SiC半導(dǎo)體器件以及GaN半導(dǎo)體器件為主。雖然中國專利申請量在全球居于首位，但結(jié)合研發(fā)時(shí)間及科研實(shí)力，SiC材料及SiC半導(dǎo)體器件領(lǐng)域美國、日本在全球的布局量具有絕對優(yōu)勢，居于領(lǐng)導(dǎo)地位。同樣，GaN技術(shù)日本以及美國也擁有較強(qiáng)實(shí)力。

3 全球申請人分布情況現(xiàn)狀

從全球5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)專利申請人排名情況來看，住友集團(tuán)（SUMITOMO）在5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全球?qū)＠暾埩颗琶?，是5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑者，MITSUBISHI、美國科銳（CREE）、松下（Panasonic）和 HITACHI分列第2～5位。中國本土申請人中，中芯國際（SMIC）、西安電子科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、中國科學(xué)院微電子研究所進(jìn)入全球前20榜單（見圖3）。此外，日本企業(yè)表現(xiàn)突出，在排名前10的申請人中有6位日本企業(yè)，在5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)擁有較強(qiáng)實(shí)力。

4 中國專利申請現(xiàn)狀

我國在開展SiC、GaN等適用于 5G技術(shù)半導(dǎo)體材料和器件方面的研究工作比較晚，20世紀(jì)80年代末期東北工學(xué)院、湖北工業(yè)大學(xué)以及中國科學(xué)院金屬研究所逐漸開始在SiC提取方面開展研究并進(jìn)行專利布局，但由于國外公司已經(jīng)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行了大量的專利布局，并已著手在中國進(jìn)行專利布局，技術(shù)發(fā)展阻力較大。

從專利來源來看，有27.1%的中國專利來自國外申請人，72.9%來自中國本土申請人，美、日、歐等國家和地區(qū)在中國已經(jīng)進(jìn)行了大量的專利部署（見圖4）。國外來華申請人中，來自日本、美國的專利占比高達(dá)78%，其中來自日本的SUMITOMO、MITSUBISHI、日本Panasonic，德國英飛凌（Infineon）科技公司、美國的CREE等針對我國市場實(shí)施了不同程度的專利布局。

按照省份排名來看，江蘇、廣東、陜西是5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)專利申請量排名前3的省份，來自江蘇省的中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所、東南大學(xué)、南京大學(xué)等，來自廣東的華南理工大學(xué)、中山大學(xué)等，來自陜西的西安電子科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)在5G半導(dǎo)體領(lǐng)域積極探索并實(shí)施專利布局策略。

按照城市排名來看，北京市、上海市、西安市是5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)專利申請量排名前3的城市，表1為排名前3的城市排名前3的申請人名單，可以看出，北京市和西安市以高校申請人為主，上海市排名前3的申請人企業(yè)申請人占主要力量。

5 中國技術(shù)創(chuàng)新主體

從中國5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的申請人排名（表2）來看，排名前20的中國本土申請人以高校和研究所為主，其中西安電子科技大學(xué)和電子科技大學(xué)的專利申請量最多，前20榜單中僅有2家中國本土企業(yè)，其中SMIC在中國專利申請量排名第1。并且排名前20的申請人中，來自于日本的申請人有3家，分別是SUMITOMO、MITSUBISHI與Panasonic；韓國1家，為SAMSUNG，美國有2家，分別為CREE和IBM；德國1家，為Infineon。

從中國5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的申請人排名分析可以再次看出，我國5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)主要掌握在高校及科研院手中，企業(yè)申請人整體水平在該領(lǐng)域?qū)嵙Σ⒉煌怀?；并且，住友、科銳等全球技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)已在中國進(jìn)行大量的專利布局，對中國企業(yè)的發(fā)展具有較大威脅。

6 相關(guān)建議

從前面分析來看，美日歐等發(fā)達(dá)國家通過制定相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策以及技術(shù)扶持計(jì)劃，培養(yǎng)了眾多龍頭企業(yè)，在以SiC和GaN材料為代表的5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)占領(lǐng)了技術(shù)和市場的高地。而與此同時(shí)，中國資本試圖收購國外優(yōu)秀化合物半導(dǎo)體企業(yè)以快速獲取人才和技術(shù)，卻頻頻遭遇美國政府以危害國家安全為由予以否決[4]。

雖然目前我國已在5G半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)布局有大量專利，但全球的核心技術(shù)多掌握在全球知名的電器及電子公司手中，尤其是目前對產(chǎn)業(yè)線有掌控力的住友、科銳、英飛凌等，且中國5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的專利主要來源于高校及科研院所，中國本土企業(yè)在市場規(guī)模和專利布局方面與這些公司差距明顯。

但是不可否認(rèn)的是，隨著中國移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，我國在5G通信中已經(jīng)擁有一席之地，這為我國5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的市場。并且，國內(nèi)已經(jīng)具備一定的5G半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)，包括西安電子科技大學(xué)、電子科技大學(xué)，以及中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、中國科學(xué)院微電子研究所在內(nèi)的中科院下屬研究所積累了大量的技術(shù)和人才。

基于此，中國企業(yè)應(yīng)該抓住現(xiàn)今5G快速發(fā)展的機(jī)遇，充分發(fā)揮高校及科研院所的技術(shù)優(yōu)勢，將高校及科研院所的研發(fā)成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化以盡快提升自身實(shí)力，縮小與美日歐等龍頭企業(yè)的差距。一方面，可以選擇利用外聘專家方式進(jìn)行人才引進(jìn)提升自身實(shí)力；另一方面，可以通過許可、轉(zhuǎn)讓等方式將高?；蛘呖蒲性核膶＠夹g(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 李曉明.5G時(shí)代新技術(shù)需要關(guān)注氮化鎵[J].電信技術(shù)，2018（5）：5-9.

[2] 林佳，黃浩生.第三代半導(dǎo)體帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].集成電路應(yīng)用，2017，34（12）：83-86.

[3] 江洪，劉義鶴，張曉丹.國外第3代半導(dǎo)體材料項(xiàng)目國家支持行動(dòng)初探[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2017（8）：11-14.

[4] 借力5G中國化合物半導(dǎo)體突破在望[J].半導(dǎo)體信息，2017（6）：9-12.