GaN基高电子迁移率晶体管专利分析.pdf
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1、中国科技信息 2023 年第 19 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Oct.2023-20-专利分析技术概述相对于以 Si 为代表的第一代半导体材料和以 GaAs 为代表的第二代半导体材料,以 GaN 和 SiC 为代表的第三代半导体具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和漂移速率大、耐高温以及抗辐射能力强的优点,在射频领域和大功率方面显示出卓越的优势。除此之外,在 GaN 材料上生长AlGaN 后形成异质结构,AlGaN/GaN 界面处会由极化效应产生高浓度的二微电子气(2 DEG),2 DEG 被限制在二维平面运动而减少散射,因此具有高达
2、 2 000cm2/Vs的电子迁移率,从而能够被应用于射频器件中。基于上述异质结构和 2 DEG 开发出的高电子迁移率晶体管,具有更快的开关速度,更大的截止频率,同时,2 DEG 的高浓度和高迁移率能够有效减少 GaN 高电子迁移率晶体管的功耗,提高工作效率,正是由于 GaN 高电子迁移率晶体管(以下简称为 GaN 基 HEMT)的上述优点,其在微波射频领域展现出巨大优势。专利分析研究方法本文结合专利文献分布特点,以商业专利分析软件HIMMPAT 为工具,在中文和外文数据库中进行检索,检索关键词和分类号包括:氮化镓,高电子迁移率晶体管,GaN,HEMT,high electron mobili
3、ty,2 DEG,transistor,H01L29/778 等,检索日期截止至 2023 年 4月 30 日。下面将从全球以及主要国家专利申请趋势、主要申请人分析、专利的转让、技术生命周期以及技术发展路线等方面对 GaN 基 HEMT 的专利技术进行详细说明。专利申请量趋势分析图 1 显示了 GaN 基 HMET 全球申请量呈现出不断增长的态势。GaN HEMT 技术全球申请分为三个阶段,2000年之前申请量缓慢增长,20002006 年出现快速增长,2007-2009 年期间受全球经济危机的影响,申请量呈现短暂回落,2009 年之后申请量显著增长,并于 2021 年达到顶峰,达到 972
4、件。图 2 显示了 GaN 基 HEMT 的主要申请国的申请趋势,从各国申请量变化趋势来看,GaN 基 HEMT 技术的主要申请国分别是美国、日本和中国,其中美国的申请量自 1997行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度GaN 基高电子迁移率晶体管专利分析罗晓雅罗晓雅国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心罗晓雅(1984);助理研究员。-21-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Oct.2023中国科技信息 2023 年第 19 期专利分析年起稳定增加,并于 20132020 年均处于 200 余件的稳定水平;日本的申请量
5、在 2012 年之前,一直仅次于美国,位居全球第二,然而在2012年之后,日本的申请量逐年下降,从申请量数据来看,日本于 2016 年后停止了对 GaN 基HEMT 技术的创新,这可能是因为其他国家或地区在 GaN基 HEMT 领域的研发投入增加,形成了更激烈的竞争。日本企业可能面临来自其他国家的技术挑战,导致专利申请量下降。与日本申请量下降相对比的是中国申请量的逐年增加,中国申请量自 2008 年以来,申请量逐年显著增加,在全球申请量的占比也显著增加,并于 2015 年之后,申请量超过了美国,并于 2021 年申请量达到了高峰,为 499 件,这得益于国家推动第三代半导体技术研发及相关产业发
6、展的支持政策以及市场对 GaN HEMT 的需求不断增大。专利申请人分析通过分析 GaN 基 HEMT 的专利申请总体趋势后可知,该领域近年来一直维持着较高的研究热度,本节将从申请人角度出发,统计出该领域专利申请量排名前十的申请人,并以这些主要申请人为研究对象,进一步分析其技术布局和市场运营情况。本文中所涉及的申请人,是指拥有多个名称、多个子公司的同一申请人进行合并后的标准化申请人。图 3 显示了 GaN 基 HEMT 器件的主要申请人排名。根据图 3 的统计结果可见,美国的克里公司在申请量上占据明显的优势地位,专利申请量达到 532 件,远超位居第二的英飞凌公司。而通过排名可见,位居全球前
7、10 的中国大陆申请人分别为西安电子科技大学和电子科技大学,均为高校和研究单位,没有实体企业,而其他国家和地区的主要申请人均为实体企业;从中我们可以看出在GaN基HEMT领域,中国的高校和科研院所是科学研究和技术创新的重要场所,而中国企业的研发能力相对较弱。专利转让量和受让量分析专利的转让是专利价值的一项重要指标,企业通过专利权的转让不仅能够获得财富收入,还可以获得合作开发的机会,实现更加广阔的布局,而通过专利受让,企业在获得有价值的技术方案的同时,还能够促进自有技术的开发,通过不断挖掘,与自有技术结合,形成更强的技术力量,因此通过分析企业的转让和受让情况,能够了解该企业的技术输出和交易能力以
8、及研发活跃度。图 4 统计了中国和美国近 20 年专利转让数量,美国的专利转让数量远远超过中国,在美国,专利的转让与许可比较普遍,企业之间通常进行相互授权,促进技术交流和创新合作。中国的专利转让与许可相对较少,部分企业对知识产权的保护较为保守,导致技术交流相对较少。将图 4 与图 2中美两国的专利申请量数据进行对比可见,中国在 2015 年以后,专利申请量已经超过美国,但是在专利转让数量上看,中国创新主体的技术输出和交易能力还远远不足。从中国专利转让数量的发展趋势来看,2012 年之前,中国的 GaN 基HEMT 专利的转让量在个位数徘徊,部分年份转让量为 0,图 3 全球 GaN 基 HEM
9、T 器件的主要申请人排名图 2 GaN 基 HEMT 主要申请国申请量趋势图图 1 GaN 基 HEMT 全球申请量趋势图从 2013 年以来整体增长趋势明显,尤其是在 20202022年三年间,转让量显著增加,说明近年来,我国在 GaN 基 HEMT 领域的技术活跃度明显增加,创新主体对专利技术的输出和运用能力明显增强。图 5 统计了 GaN 基 HEMT 领域分别活跃在转让和受让前十位的企业,在专利转让量和受让量方面,申请量本身排名前十的克里公司、英飞凌、国际整流器公司不仅本身具有较高的研发实力,同时还重视技术的输出和交流。图 6 统计了国内转让人-受让人关系,其中转让量较高的专利权人中,
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