化学气相沉积金刚石膜技术专利分析

范保虎

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）



化学气相沉积金刚石膜技术专利分析

范保虎

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

从国内外专利文献方面分析了化学气相沉积（CVD）金刚石膜技术的研究与应用发展情况。

金刚石膜；化学气相沉积；专利；综述

Author's address: Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office， SIPO， Suzhou 215163， China

化学气相沉积（CVD）金刚石膜具有极其优异的电学、光学、热学、力学、声学、电化学性能，因此在工农业生产、生物医学、国防军事、能源动力等一系列高新技术领域具有非常好的应用前景，并曾在20世纪80年代中期形成席卷全球的“金刚石热”［1］。

30余年来，CVD金刚石膜技术研究取得了巨大进展。本文将对全球CVD金刚石膜技术领域的专利文献进行客观分析，揭示CVD金刚石膜技术发展脉络和竞争态势。

1　CVD金刚石膜技术专利分析

1. 1 技术发展趋势分析

国际专利分类号（简称IPC）C23C16/27的技术主题为采用化学气相沉积工艺仅沉积金刚石，按照国际专利分类原则，CVD金刚石膜技术的专利申请应当分在该IPC分类号之下。因此，使用该IPC分类号在德温特世界专利索引数据库（DWPI）中检索，截至2015年12月共有3 601件（同族专利记为一件申请）CVD金刚石膜技术方面的专利申请。以同族专利的优先权申请记作基础专利，美国拥有589件基础专利，日本拥有2 362件，中国拥有262件，欧洲拥有334件，其他国家和地区拥有50余件。图1给出了CVD金刚石膜技术专利申请量变化趋势。

从图1可看出，日本CVD金刚石膜技术研究开发很早，1980-1985年间就申请了32件，以后申请量快速增长，到1990-1995年间申请量达到最高峰的693件，之后又逐渐减少，到近5年来申请量只有279件，下降很快。而美国和欧洲国家对CVD金刚石膜技术的研究是从上世纪80年代中期才开始兴起，随后专利申请量逐渐增加，到上世纪90年代中期到达高峰，但随后也进入下降通道。而中国的CVD金刚石膜技术研究起步较晚，但是随着中国经济的快速发展，在国家“863”和国家自然科学基金等项目资助，以及国家知识产权战略实施方案的推行之下，中国的专利申请量从2000年开始快速增长［2］。

从上述分析看出，日本、美国、中国和欧洲在CVD金刚石膜技术研究开发上都取得了很多成果，CVD金刚石膜技术已经相对成熟，例如许多工具级和热沉级产品都已商业化，进入批量生产阶段，但光学级和精密电子器件级的CVD金刚石膜应用领域产品大多仍处在实验阶段，还有待进一步开发。

1. 2 应用领域分析

CVD金刚石膜技术研究之所以快速发展，其中一个重要原因是因应用需求而驱动的，例如日本的“工业振兴计划”、美国的“星球大战计划”、欧洲的“尤里卡计划”、中国的“863计划”［3］等都曾把CVD金刚石膜列为科技发展中非常关键的材料技术之一，并对CVD金刚石膜技术的应用寄予厚望。图2给出了主要应用领域基础专利数量统计图。从图 2可以看出，电子学应用领域以及机械加工和耐磨部件的专利申请量较多，光学和热学应用领域的专利申请量次之。

图1 CVD金刚石膜技术的专利申请量变化Figure 1 Quantity variation of patent application in CVD diamond film with time

图2 CVD金刚石膜主要应用领域的基本专利数量统计图Figure 2 Statistical graph showing the quantity of patents in major application fields of CVD diamond film

CVD金刚石具有很高的硬度、强度和极低的摩擦因数等优异的综合性能，因此是理想的工具和工具涂层材料，例如机械加工和耐磨部件领域就是利用了CVD金刚石膜这一特点，对金刚石膜质量要求低，而且使用范围广，因此该应用领域专利申请较早，申请量也大，然而随着技术成熟，该领域的专利申请近年来相对较少。CVD金刚石膜半导体具有很高的饱和电子速率、击穿场强、载流子迁移率以及很大的禁带宽度，是迄今为止所有半导体材料中按Keyes优值或Johnson优值评比最优秀的半导体材料［3］，因此CVD金刚石膜的电子学应用成为热点研究，例如电子学应用领域的金刚石高温半导体，在上世纪90年代该领域的专利申请量较多，之后有所下降，导致下降的原因在于该应用领域对金刚石膜的质量要求非常高，大面积单晶异质外延和 n型掺杂研究进展不尽如人意。金刚石膜在热学应用领域主要是可以作为非常理想的热沉材料，技术上早已非常成熟，因此该应用领域的专利申请主要集中在早期。光学、电化学、生物医学等应用领域的研究发展则相对较晚，因此专利申请量较少，但处在缓慢增长期。

1. 3 研究竞争分析

通常把在美国、欧洲、日本、中国和韩国，即世界公认的五大局中的其中 3个局都有申请的同族专利称作“重要专利”［4］。在高科技领域中的重要专利数量更能反映出技术研发实力的高低。图3给出了部分国家的重要专利统计图，表1列出了全球重要企业拥有专利的情况。从图3可以看出，在CVD金刚石膜技术领域，美国和日本具有很强的技术研发实力，德国和英国次之，其他国家或地区很弱。值得一提的是，中国的专利申请总量较多，但拥有的重要专利却很少，一方面是中国在该领域的研究起步较晚，实力差距大，另一方面是中国专利申请人对海外发达国家的竞争市场还不够重视。从表 1可看出，日本的重要企业数量最多，美国通用电气公司、日本住友电器株式会社和英国元素六公司拥有的重要专利较多，显示出很强的科研实力。

图3 主要国家拥有的CVD金刚石膜的重要专利数量统计图Figure 3 Statistical graph showing the quantity of important patents in different countries in the field of CVD diamond film

表1 CVD金刚石膜领域全球重要企业拥有专利的情况Table 1 Analysis on the patents about CVD diamond film owned by the global important companies

2　结语

从专利文献分析了CVD金刚石膜技术的发展历程、重要应用领域和国家地区竞争优势状况。分析结果表明：日本、美国拥有最强的研发能力和技术实力，我国正处于研发发展阶段，与他们相比仍存在较大差距。我国研发机构应规划好专利战略，加强产学研结合，提高专利的创新性、实用性和实施率，力争在国际竞争中占有重要的一席之地。

［1］ 唐存印， 刘燕， 吕智. 金刚石膜技术及应用［J］. 超硬材料工程， 2007， 19 （4）: 33-37.

［2］ 相炳坤， 左敦稳， 黎向锋. 国内外类金刚石膜技术现状专利分析［J］. 功能材料， 2008， 39 （9）: 1577-1579， 1583.

［3］ 吕反修. 化学气相沉积金刚石膜的研究与应用进展［J］. 材料热处理学报， 2010， 31 （1）: 15-28.

［4］ 史波. 专利信息分析的思路及其报告撰写要点［J］. 专利文献研究， 2007 （3）: 1-3.

［ 编辑：温靖邦 ］

Patent analysis on chemical vapor deposition technology for making diamond films

FAN Bao-hu

The research and application development of chemical vapor deposition （CVD） technology of diamond films was analyzed from the patents issued at home and abroad.

diamond film； chemical vapor deposition； patent； review

TN304.18； TQ164.8

B

1004 - 227X （2016） 16 - 0878 - 03

2016-01-15

2016-07-06

范保虎（1978-），男，安徽阜阳人，博士，从事材料领域专利审查工作。

作者联系方式：（E-mail） fbh0207@163.com。