超結領域的全球專利技術分析

王 琳 周天微

超結領域的全球專利技術分析

王 琳 周天微

（國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心，天津 300304）

超結結構突破了傳統功率MOS器件的理論極限，被譽為功率MOS器件的里程碑器件。本文對超結領域全球的相關專利技術進行分析，從申請趨勢、區域分布、主要申請人等多個角度進行深入挖掘，梳理超結技術的現狀及發展趨勢。

超結；專利分析；技術生命周期

Abstract:Superjunction break through the theoretic limit of the traditional power MOSFET as a new milestone.This article analyzes the patent applications related to superjunction,and researches from different aspects,such as the trend in patent technique development,patent area distribution and applicants distribution,thus to understand the current situation and development direction of superjunction.

Key words:superjunction;patent analysis;technology lifecycle

功率MOSFET主要用作開關器件,其開關功耗相對較小，通態功耗比較高,而要降低通態功耗,需要減小導通電阻。因此,功率MOS的發展方向就是高耐壓、低導通電阻和高開關速度。但是,擊穿電壓和導通電阻始終是一對矛盾。傳統理論器件的導通電阻受擊穿電壓的限制存在一個極限,即“硅極限”，到了20世紀90年代初，功率MOS器件技術已發展到一個瓶頸。

1984年,飛利浦公司第一次提出在橫向高壓MOSFET中采用交替排列的PN結構代替傳統功率器件中的低摻雜漂移層作為電壓支持層；1991年,電子科技大學的陳星弼教授提出在縱向功率器件中用多個PN結構作為漂移層的思想,并把這種結構稱為“復合緩沖層”；1997年,Tatsuhiko等人對這一思想進行了系統總結，提出了“超結理論”[1]。

超結結構突破了傳統功率MOS器件的理論極限，被譽為功率MOS器件的里程碑器件[2]。超結器件采用交替的PN結構替代傳統低摻雜的漂移層作為電壓維持層，其本質是利用在漂移區中插入P區（N溝道器件）所產生的電場對N區進行電荷補償，以提高擊穿電壓并降低擊穿電阻[3]。

截至2017年5月1日，在德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）中檢索得到超結的全球專利申請共計1 390項，以此作為本文專利分析的數據樣本。

1 全球專利申請趨勢

1998年以前，超結的申請量非常少，尚處于萌芽狀態，很多企業和科研機構尚未對這項技術產生足夠的關注；1999-2009年，專利申請量緩慢波動增長；2009年以后，專利申請量快速增長，2012年最高年申請量達到212項，之后雖然略有下降，但仍然保持較高的申請量，說明隨著超結技術的發展，超結所具有的獨特優勢開始吸引越來越多的業界目光。

圖1 全球專利技術生命周期

2 專利技術生命周期

專利技術生命周期是指在專利技術發展的不同階段中，專利申請量和申請人數量的一般性的周期性規律。理論上一般存在4個階段：萌芽期，發展期、成熟期和衰退期。從圖中可以看出，1998年之前為專利技術萌芽期，專利申請量和申請人數量較少，這些專利大多數是基礎專利，由于技術市場還不明確，只有少數企業參與技術研究和市場開發；1999年到2009年為緩慢發展期，專利申請量和申請人數量均緩慢增加，期間可能存在一些思想和技術的沖突；2009年到2012年為快速增長期，隨著技術的不斷發展，市場擴大，介入的企業增多，專利申請量和專利申請人激增；2013年到2015年，專利申請量增長速度緩慢，申請人數量有所波動，但申請量和申請人數量維持在較高水平，說明該時期的超結技術功能發展成熟，該領域內相關企業可能對當前技術進行改進，以提高性能。

圖2 來源國及目標國/區域比例圖

3 專利申請區域分布

圖2為來源國及目標國/區域比例圖。從左圖中可以看出，中國、日本在超結領域的專利產出量較高，分別占據總申請量的46%和22%，說明兩國在超結領域的研發投入力度非常大。1991年，中國電子科技大學的陳星弼院士提出超結，但隨后幾年申請量一直不多，直到2009年，國內與超結VDMOS的制造工藝相關的發明專利申請量明顯增多。日本擁有東芝、富士電機等公司，美國擁有萬國半導體、威世、飛兆半導體等公司，在超結領域都擁有較強的競爭力。英飛凌公司作為國外申請人的領軍人物，在超結領域具有較強的控制力。

從右圖中可以看出，專利申請目標市場排名前三位的是中國、美國和日本。中國作為目標市場的第一位，說明各國均很重視中國市場。美國和日本同樣也是各國關注的市場，這與其在超結領域的國際地位也是密不可分的。

4 全球申請人排名

圖3 全球主要申請人的專利布局

從申請人國別構成來看，中國申請人有7家，占47%，包括4家公司、2所大學和1家個人申請；總的來看，中國申請人占有很大比例，這說明中國的企業和大學均意識到了超結技術的潛在市場價值，對超結技術的研究投入了較多關注。從國外申請人的構成來看，有3家美國公司，4家日本公司，1家奧地利公司，說明美日企業在超結領域的巨大優勢和控制力。從申請量來看，該領域申請量最多的是中國的華虹宏力公司，為164項，自2009年加入到超結的研發之中，隨后申請量快速增長；排名第二的是奧地利的英飛凌公司，在初期就已經投入到超結的研發之中，并一直致力于超結器件和工藝的改進，掌握多項核心技術；排名第三、第四的是日本的東芝和富士電機。

5 全球主要申請人的專利布局

從圖中可以看出，中國、德國、美國和日本仍然是主要布局國家。大部分公司優先布局本土，尤其是中國公司和大學，幾乎所有申請都在國內，缺乏對海外市場的專利布局。日本公司專利布局的重要市場是美國和中國，顯示了日本公司對美國和中國市場的重視；英飛凌公司布局集中在德國、中國和美國，在日本布局較少。

6 結語

本文對超結領域的專利分析，發現超結全球專利申請量持續增長，中國初期申請量較少，但后續對超結技術的研發高度重視，投入較大，在保持追趕的同時縮小了和國外的差距，總申請量排名全球第一；中國申請人以企業和大學為主，研究力量較強，同時美日企業在超結領域也擁有巨大的優勢和控制力；且超結技術專利布局特點鮮明，中、美、日三國為各方專利布局的主要區域。

[1]Fujihira T.Theory of semiconductor superjunction devices[J].Jpn JAppl Phys，1997，36:6254–6262.

[2]陳星弼.超結器件電力電子技術[J]，電力電子技術，2008，42(12):2-7.

[3]張波.功率超結器件的理論與優化[J].中國科學:物理學力學天文學，2016，46(10):107302-1：107302-18.

Patent Application Situation Analysis in Superjunction

Wang Lin Zhou Tianwei
(Patent Examination Cooperation Tianjin Center of The Patent Office,SIPO,Tianjin,300304,China)

O471

A

1003-5168(2017)08-0049-03

2017-5-23

王琳（1983-），男，本科，五級審查員，研究方向：半導體；周天微（1986—），女，博士，研究方向:半導體（等同于第一作者）。