黑硅技術的專利分析

■ 姚日英■ 宮龍飛

國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心蘇州協鑫光伏科技有限公司

黑硅技術的專利分析

■ 姚日英*■ 宮龍飛

國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心蘇州協鑫光伏科技有限公司

針對黑硅技術進行專利技術綜述分析，對國內外專利申請情況進行梳理，為國內黑硅技術研究發展提供參考。

黑硅；飛秒激光；離子束刻蝕；金屬誘導輔助；電化學；專利分析

0　引言

黑硅由于具有特殊的表面結構而顯示出無比的吸光優越性，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光電傳感器等領域具有極好的應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構的材料——黑硅，并發現這種微結構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構，如柱狀陣列結構［2］、孔狀陣列結構［3］、絮狀結構［4］等，所有的結構都表明只要其陷光能力強，硅片的表面皆可呈現出黑色的形貌，這也是黑硅名字的由來。

1　黑硅專利技術的整體申請情況

1.1專利申請量趨勢分析

文章以關鍵詞結合分類號的方式，分別在中文數據庫CNABS，外文數據庫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專利申請的趨勢保持一致，大致分為2個階段，即以2008年為分界點，2008年之前處于萌芽階段，2008年之后出現了黑硅專利申請的爆發階段。1998年，哈佛大學發現黑硅優越的光吸收性能后，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，SiOnyx將“黑硅”商用化，實現了黑硅光電探測器的產業化。這一消息使得黑硅技術的光明前景從一種可能性轉變成現實，因此很快受到世界各國的重視，紛紛開展相關研究。因而這一時期較前一階段的申請量出現明顯的增長。特別是中國申請量，實現了從零到有、趕超美國的井噴局面，申請量占據全球的一半以上。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，在此不作為主要數據分析的基礎。

圖1　黑硅技術在全球及在華專利申請趨勢

1.2專利申請技術分支分布

通過對黑硅技術在華專利申請的技術分支進行統計（如圖2所示）可以看出，目前制備黑硅的主流工藝有4種，分別是金屬誘導輔助化學腐蝕法、飛秒激光刻蝕法、反應離子束刻蝕法（RIE）和電化學法。具體來說，近一半的研究采用金屬誘導輔助化學腐蝕法，這是由于化學腐蝕設備成本較低，效率高，可實現大面積黑硅的制備，適合大規模產業化生產，這對極為重視生產成本的太陽電池產業來說是極有吸引力的，因此成為國內的研究熱點。另外，飛秒激光刻蝕法和反應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輔助化學腐蝕法的成本高、工藝繁瑣，表面結構的可控性也一般，因此是4種技術中發展最緩慢的，其申請量也極少。

圖2　在華專利申請技術分支分布圖

1.3專利申請的申請人分布

對國內外關于黑硅專利的申請人進行統計（如圖3所示）后發現，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，大部分高校或研究院的申請量在3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體研究所；而中國的企業申請人中沒有代表性的申請人，且申請量普遍較少；而來自企業的國外申請人占比約為50.9%，遠高于來自企業的中國申請人的占比，這說明我國黑硅技術要實現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轉化還需要加強力度。在今后的發展中，國內該領域的申請人也應多研究和借鑒前沿技術，加強專利布局，重視核心技術的外圍開發，以增強我國技術的競爭實力。

圖3　國外和中國申請人類型分布

2　結束語

文章通過對國內外黑硅技術領域專利申請的分析，能夠清晰和準確地顯示現有技術的發展狀況，為我國相關領域企業、科研院所等的研發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，主要從事電學發明審查部半導體領域的專利實質審查。yaoriying@aliyun.com