趙雅飛

從專利視角淺議中國氮化鎵技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研融合

趙雅飛

（國家專利導(dǎo)航項(xiàng)目（企業(yè)）研究和推廣中心，北京 100044）

硅基氮化鎵以及碳化硅基鎵氮技術(shù)多應(yīng)用于功率半導(dǎo)體器件中，是各個國家爭相攻克的尖端技術(shù)?；谥袊嚓P(guān)專利數(shù)據(jù)，從專利聯(lián)合申請、專利權(quán)轉(zhuǎn)移、專利許可的維度分析中國硅基氮化鎵以及碳化硅基鎵氮技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研融合現(xiàn)狀和特點(diǎn)。為國內(nèi)企業(yè)和高等院校、科研機(jī)構(gòu)的發(fā)展創(chuàng)新提供借鑒。

氮化鎵；產(chǎn)學(xué)研融合；專利；專利聯(lián)合申請

1 引言

硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵技術(shù)，已成為國際功率半導(dǎo)體領(lǐng)域戰(zhàn)略制高點(diǎn)，受到世界各國政府的高度重視。中國的“中國制造2025”計劃中明確提出要大力發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體的代表性材料，具有高電子飽和速率（2e7cm/s）、高擊穿電場（1e10～3e10V/cm）、大禁帶寬度（3.4 eV），禁帶寬度是Si材料的3倍，是GaAs材料的2.5倍，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、抗腐蝕，在高頻、大功率、抗輻射應(yīng)用領(lǐng)域具有先天優(yōu)勢[1]。氮化鎵通常選用硅或碳化硅襯底。硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵兩者各有優(yōu)劣，其中硅作為第一代半導(dǎo)體材料工藝成熟，可制備大尺寸外延襯底，導(dǎo)熱性好，并且便于和硅基光電集成，但是氮化鎵材料與硅襯底晶格失配高達(dá)16.9%，給氮化鎵外延層引入大量位錯和缺陷。相比而言，碳化對襯底與氮化鎵晶格失配較小，為3.5%，導(dǎo)電、熱導(dǎo)率高，但是碳化硅襯底價格昂貴，因此，多應(yīng)用于高端的LED和微波器件[2-3]。

硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵技術(shù)具有技術(shù)研發(fā)門檻高、投入大、周期長的特點(diǎn)，且中國在此方面的發(fā)展起步較晚，與國際水平仍有較大差距。因此，越來越多的企業(yè)出于控制研發(fā)成本、保持與提升自身競爭力等因素，選擇產(chǎn)學(xué)研合作方式。即以企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)間的合作為基礎(chǔ)，按照特定規(guī)則重新組合，實(shí)現(xiàn)彼此資源相互協(xié)調(diào)的合作模 式[4]。專利申請作為技術(shù)知識管理和法律保護(hù)的主要手段之一，成為產(chǎn)學(xué)研融合創(chuàng)新成果的重要體現(xiàn)。

本文以專利的視角，基于硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵的相關(guān)專利數(shù)據(jù)，通過對專利聯(lián)合申請、專利權(quán)轉(zhuǎn)移和專利許可進(jìn)行分析和研究，厘清中國相關(guān)技術(shù)產(chǎn)學(xué)研融合的現(xiàn)狀、特點(diǎn)以及存在的問題，從而為國內(nèi)企業(yè)、高等院校、科研機(jī)構(gòu)的技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新提供思路和借鑒。

對本文的專利數(shù)據(jù)說明如下：來源為CNABS、DWPI、SIPABS數(shù)據(jù)庫，檢索截止日期為2020-02-13。檢索數(shù)據(jù)僅限于中國專利申請，為確保其全面性和準(zhǔn)確性，多次補(bǔ)充檢索、篩選內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫中以同一專利族出現(xiàn)的“多件”專利文獻(xiàn)，計算為“1項(xiàng)”。

2 專利視角的產(chǎn)學(xué)研融合

圖1為篩選出的硅基氮化鎵技術(shù)的中國專利申請量大于等于10項(xiàng)的專利申請人。入圍的中國企業(yè)數(shù)量較少，僅有中國臺灣的臺積電（33項(xiàng)）、深圳方正微電子有限公司（14項(xiàng)）、北大方正集團(tuán)有限公司（14項(xiàng)）；相比而言，入圍的高等院校/科研機(jī)構(gòu)數(shù)量比較多，具體為中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所（24項(xiàng)）、華南理工大學(xué)（18項(xiàng)）、南京郵電大學(xué)（15項(xiàng)）、北京大學(xué)（13項(xiàng)）、西安電子科技大學(xué)（10項(xiàng)）。

圖1 硅基氮化鎵技術(shù)的中國專利申請人排名

圖2為篩選出的碳化硅基氮化鎵技術(shù)相關(guān)中國專利申請量大于等于8項(xiàng)的專利申請人。入圍的中國企業(yè)僅有成都海威華芯科技有限公司（8項(xiàng)）一家。相比而言，入圍的高等院校/科研機(jī)構(gòu)則數(shù)量較多，具體為中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所（36項(xiàng)）、西安電子科技大學(xué)（15項(xiàng)）、中國科學(xué)院微電子研究所（9項(xiàng)）、中山大學(xué)（9項(xiàng)）。

圖2 碳化硅基氮化鎵技術(shù)的中國專利申請人排名

綜上可見，在硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中，中國的高等院校和科研機(jī)構(gòu)為主要的專利申請和技術(shù)創(chuàng)新主體，本土企業(yè)基于科研經(jīng)費(fèi)、技術(shù)實(shí)力等因素制約，專利技術(shù)產(chǎn)出較低。在5G技術(shù)發(fā)展的推動下，中國硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級越來越迫切，企業(yè)難以快速全面地獨(dú)自掌握保持技術(shù)競爭力所需的全部知識，與高等院校和科研機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行開放式創(chuàng)新已成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

2.1 專利聯(lián)合申請

在硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，專利聯(lián)合申請是應(yīng)用最為廣泛的一種專利合作方式，具體為企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)需要與高等院校/科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展技術(shù)研發(fā)活動，并以此申請專利，雙方共享專利權(quán)。

下面針對高等院校/科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合申請發(fā)明專利的情況進(jìn)行梳理，篩選出代表案例，以小見大分析此領(lǐng)域?qū)＠?lián)合申請的特點(diǎn)。

表1為北京大學(xué)、北大方正集團(tuán)有限公司、深圳方正微電子有限公司聯(lián)合提出的硅基氮化鎵專利申請列表。具體涉及低電阻歐姆接觸電極、肖特基二極管、晶體管（含HEMT）技術(shù)，專利申請日以及發(fā)明人均相同。北大方正集團(tuán)源于北京大學(xué)，始終踐行“產(chǎn)學(xué)研深度融合”發(fā)展模式，深圳方正微電子有限公司由方正集團(tuán)聯(lián)合其他投資者共同創(chuàng)辦?？梢姡鲜鰞杉移髽I(yè)與北京大學(xué)的深厚淵源，促成了三方的產(chǎn)學(xué)研深度合作，且合作的專利成果數(shù)量可觀。

表1 硅基氮化鎵典型專利聯(lián)合申請案例-1

公開（公告）號發(fā)明名稱專利目標(biāo)國家申請日發(fā)明人法律狀態(tài) CN107230617A氮化鎵半導(dǎo)體器件的制備方法中國2016-03-25孫美華劉輝林信南陳建國實(shí)質(zhì)審查 CN107104040A氮化鎵肖特基二極管的陽極制作方法中國 CN107230625A氮化鎵晶體管及其制造方法中國 CN107230619A增強(qiáng)型氮化鎵晶體管的制作方法中國 CN107230610A氮化鎵高電子遷移率晶體管的制作方法中國 CN107230620A氮化鎵晶體管的制備方法中國 CN107230622A氮化鎵晶體管及其制作方法中國 CN107230634A氮化鎵晶體管的制作方法中國 CN107230624A氮化鎵晶體管及其制造方法中國 CN107230618A氮化鎵晶體管器件的制備方法中國 CN1072306207A大功率半導(dǎo)體器件的制作方法中國

表2為清華大學(xué)、鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司聯(lián)合提出的硅基氮化鎵相關(guān)專利申請，涉及一種外延生長方法。富士康科技集團(tuán)與清華大學(xué)的合作由來已久，雙方共建清華-富士康納米科技研究中心，擁有高等級的實(shí)驗(yàn)室、測試設(shè)備以及研究團(tuán)隊，為產(chǎn)學(xué)研融合、促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

表2 硅基氮化鎵典型專利聯(lián)合申請案例-2

公開（公告）號發(fā)明名稱專利目標(biāo)國家申請日發(fā)明人法律狀態(tài) CN108288583A一種采用硅基底生長氮化鎵外延的方法中國，美國2017-01-10金元浩、李群慶、范守善實(shí)質(zhì)審查

企業(yè)生產(chǎn)需求和高等院校/科研機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)研究的有機(jī)結(jié)合，需充分利用企業(yè)在工程化、市場化方面的經(jīng)驗(yàn)以及高等院校/科研機(jī)構(gòu)在學(xué)科、人才、試驗(yàn)平臺等方面的優(yōu)勢。合作的周期較長，技術(shù)交流的深度和頻次較高，需要企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行多層次緊密融合，對企業(yè)的科技實(shí)力有一定要求。因此，在企業(yè)共建研發(fā)平臺、在高等院校/科研機(jī)構(gòu)設(shè)立技術(shù)研究中心等方式，有助于專利聯(lián)合申請的高效開展。

2.2 專利權(quán)轉(zhuǎn)移

專利權(quán)轉(zhuǎn)移是一種企業(yè)能夠快速從高等院校/科研機(jī)構(gòu)獲得相關(guān)專利權(quán)的合作方式。

表3為碳化硅基氮化鎵專利權(quán)轉(zhuǎn)移典型案例。原始專利權(quán)人為西安電子科技大學(xué)，受讓方為云南凝慧電子科技有限公司，涉及的三項(xiàng)專利申請的技術(shù)涉及碳化硅基氮化鎵的外延生長以及HEMT，專利目前法律狀態(tài)均為有效。云南凝慧電子科技有限公司成立于2014年，以氮化鎵外延片、氮化鎵微波功率器件、5G通信功率器件為主要產(chǎn)品。此案例代表了一批新興企業(yè)選擇較多的產(chǎn)學(xué)研合作模式。在硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，研發(fā)周期長，難度大，專利權(quán)轉(zhuǎn)移技術(shù)門檻低。采用專利權(quán)轉(zhuǎn)移方式，企業(yè)無需擁有強(qiáng)大的人才和技術(shù)力量；可操作性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)周期短，大大節(jié)約了資金和時間消耗，且可以獲得專利權(quán)即獲得相關(guān)技術(shù)的完全控制權(quán)，這對于降低技術(shù)創(chuàng)新成本具有重要的意義和價值。

表3 碳化硅基氮化鎵典型專利權(quán)轉(zhuǎn)移案例

公開（公告）號發(fā)明名稱當(dāng)前專利權(quán)人原始專利權(quán)人法律狀態(tài)專利權(quán)轉(zhuǎn)移登記生效日 CN101901758B基于m面SiC襯底的非極性m面GaN薄膜的MOCVD生長方法云南凝慧電子科技有限公司西安電子科技大學(xué)授權(quán)有效2017-07-19 CN101901757B基于a面6H-SiC襯底上非極性a面GaN的MOCVD生長方法云南凝慧電子科技有限公司西安電子科技大學(xué)授權(quán)有效2016-12-06 CN102290345B深亞微米柵長AlGaN/GaN HEMT制作方法云南凝慧電子科技有限公司西安電子科技大學(xué)授權(quán)有效2016-08-10

可見，專利權(quán)轉(zhuǎn)移的方式尤其適合于中小企業(yè)或者新興企業(yè)，能夠快速充實(shí)企業(yè)的技術(shù)儲備，提高技術(shù)研發(fā)的起點(diǎn)。

2.3 專利許可

專利許可指專利的所有權(quán)不發(fā)生轉(zhuǎn)移，受讓方通過支付一定的使用費(fèi)用而獲得專利技術(shù)實(shí)施的權(quán)利。

表4為硅基氮化鎵專利許可典型案例。

公開（公告）號為CN100592470C的專利申請，原始專利權(quán)人為中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所，被許可人為南京國盛電子有限公司，許可類型為獨(dú)占許可，專利目前法律狀態(tài)為有效。公開（公告）號為CN100435279C的專利申請，原始專利權(quán)人為西安電子科技大學(xué)，被許可人為揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司，許可類型為排他許可，專利目前法律狀態(tài)為失效。

對于專利權(quán)轉(zhuǎn)移而言，專利實(shí)施許可進(jìn)一步降低專利技術(shù)使用成本，也一定程度上分散難以產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)風(fēng)險。但是由于原專利權(quán)人仍然擁有專利的所有權(quán)，企業(yè)將在一定程度上受專利權(quán)人的制約，某種程度上制約了專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化以及技術(shù)迭代更新的積極性，且存在一定的專利風(fēng)險。

表4 硅基氮化鎵典型專利許可案例

公開（公告）號發(fā)明名稱許可人被許可人許可類型法律狀態(tài) CN100592470C硅基氮化物單晶薄膜的外延生長方法中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所南京國盛電子有限公司獨(dú)占許可授權(quán)有效 CN100435279C一種大面積自支撐寬禁帶半導(dǎo)體材料的制作方法西安電子科技大學(xué)揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司排他許可未繳年費(fèi)失效

3 結(jié)論和建議

經(jīng)過上述分析，總結(jié)中國硅基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研融合現(xiàn)狀和建議如下：企業(yè)和高等院校/科研機(jī)構(gòu)深度合作，對企業(yè)而言周期長，資金和人力投入高，技術(shù)針對性強(qiáng)，適用于具備一定科技實(shí)力的企業(yè)；企業(yè)以較少的科研投入獲得專利的完全控制權(quán)，提高企業(yè)技術(shù)研發(fā)的起點(diǎn)，降低技術(shù)創(chuàng)新成本，適合于中小企業(yè)或者新興企業(yè)；企業(yè)以較少的成本獲得技術(shù)實(shí)施權(quán)，分散了產(chǎn)業(yè)化的風(fēng)險，但是企業(yè)將在一定程度上受專利權(quán)人的制約，適合于見效快、易實(shí)施的專利技術(shù)。

中國企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極構(gòu)建開放式研發(fā)體系，立足自主研發(fā)的同時積極與國內(nèi)外知名高校及科研院所針對技術(shù)開發(fā)展開合作，迅速提升半導(dǎo)體制造技術(shù)能力。

［1］HOFSTETTER M，HOWGATE J，SHARP I D，et al.Real-time x-ray response of biocompatible solution gate AIGaN/GaN high electron mobility transistor devices［J］.Applied Physics Letters，2010（96）：092110.

［2］CHO Y S，SUN Q，LEE I H，et al.Reduction of stacking fault density in m-plane GaN grown on SiC［J］.Applied Physics Letters，2008，93（11）：111904.

［3］KAMIYAMA S，HONSHIO A，KITANO T，et al.GaN growth on （30-38） 4H-SiC substrate for reduction of internal polarization［J］.Physica Status Solidi （c），2005，2（7）：2121-2124.

［4］蘇州.知識管理視角下產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新沖突分析與治理對策［J］.科技進(jìn)步與對策，2018，35（24）：64-70.

G644

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.14.031

2095－6835（2020）14－0081－03

趙雅飛（1984—），女，河北保定人，碩士，助理研究員，高級專利咨詢師，有多年專利審查工作經(jīng)驗(yàn)，主要從事專利分析咨詢工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕