超结领域的全球专利技术分析

王 琳 周天微

超结领域的全球专利技术分析

王 琳 周天微

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津 300304）

超结结构突破了传统功率MOS器件的理论极限，被誉为功率MOS器件的里程碑器件。本文对超结领域全球的相关专利技术进行分析，从申请趋势、区域分布、主要申请人等多个角度进行深入挖掘，梳理超结技术的现状及发展趋势。

超结；专利分析；技术生命周期

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主要用作开关器件,其开关功耗相对较小，通态功耗比较高,而要降低通态功耗,需要减小导通电阻。因此,功率MOS的发展方向就是高耐压、低导通电阻和高开关速度。但是,击穿电压和导通电阻始终是一对矛盾。传统理论器件的导通电阻受击穿电压的限制存在一个极限,即“硅极限”，到了20世纪90年代初，功率MOS器件技术已发展到一个瓶颈。

1984年,飞利浦公司第一次提出在横向高压MOSFET中采用交替排列的PN结构代替传统功率器件中的低掺杂漂移层作为电压支持层；1991年,电子科技大学的陈星弼教授提出在纵向功率器件中用多个PN结构作为漂移层的思想,并把这种结构称为“复合缓冲层”；1997年,Tatsuhiko等人对这一思想进行了系统总结，提出了“超结理论”[1]。

超结结构突破了传统功率MOS器件的理论极限，被誉为功率MOS器件的里程碑器件[2]。超结器件采用交替的PN结构替代传统低掺杂的漂移层作为电压维持层，其本质是利用在漂移区中插入P区（N沟道器件）所产生的电场对N区进行电荷补偿，以提高击穿电压并降低击穿电阻[3]。

截至2017年5月1日，在德温特世界专利索引数据库（DWPI）中检索得到超结的全球专利申请共计1 390项，以此作为本文专利分析的数据样本。

1 全球专利申请趋势

1998年以前，超结的申请量非常少，尚处于萌芽状态，很多企业和科研机构尚未对这项技术产生足够的关注；1999-2009年，专利申请量缓慢波动增长；2009年以后，专利申请量快速增长，2012年最高年申请量达到212项，之后虽然略有下降，但仍然保持较高的申请量，说明随着超结技术的发展，超结所具有的独特优势开始吸引越来越多的业界目光。

图1 全球专利技术生命周期

2 专利技术生命周期

专利技术生命周期是指在专利技术发展的不同阶段中，专利申请量和申请人数量的一般性的周期性规律。理论上一般存在4个阶段：萌芽期，发展期、成熟期和衰退期。从图中可以看出，1998年之前为专利技术萌芽期，专利申请量和申请人数量较少，这些专利大多数是基础专利，由于技术市场还不明确，只有少数企业参与技术研究和市场开发；1999年到2009年为缓慢发展期，专利申请量和申请人数量均缓慢增加，期间可能存在一些思想和技术的冲突；2009年到2012年为快速增长期，随着技术的不断发展，市场扩大，介入的企业增多，专利申请量和专利申请人激增；2013年到2015年，专利申请量增长速度缓慢，申请人数量有所波动，但申请量和申请人数量维持在较高水平，说明该时期的超结技术功能发展成熟，该领域内相关企业可能对当前技术进行改进，以提高性能。

图2 来源国及目标国/区域比例图

3 专利申请区域分布

图2为来源国及目标国/区域比例图。从左图中可以看出，中国、日本在超结领域的专利产出量较高，分别占据总申请量的46%和22%，说明两国在超结领域的研发投入力度非常大。1991年，中国电子科技大学的陈星弼院士提出超结，但随后几年申请量一直不多，直到2009年，国内与超结VDMOS的制造工艺相关的发明专利申请量明显增多。日本拥有东芝、富士电机等公司，美国拥有万国半导体、威世、飞兆半导体等公司，在超结领域都拥有较强的竞争力。英飞凌公司作为国外申请人的领军人物，在超结领域具有较强的控制力。

从右图中可以看出，专利申请目标市场排名前三位的是中国、美国和日本。中国作为目标市场的第一位，说明各国均很重视中国市场。美国和日本同样也是各国关注的市场，这与其在超结领域的国际地位也是密不可分的。

4 全球申请人排名

图3 全球主要申请人的专利布局

从申请人国别构成来看，中国申请人有7家，占47%，包括4家公司、2所大学和1家个人申请；总的来看，中国申请人占有很大比例，这说明中国的企业和大学均意识到了超结技术的潜在市场价值，对超结技术的研究投入了较多关注。从国外申请人的构成来看，有3家美国公司，4家日本公司，1家奥地利公司，说明美日企业在超结领域的巨大优势和控制力。从申请量来看，该领域申请量最多的是中国的华虹宏力公司，为164项，自2009年加入到超结的研发之中，随后申请量快速增长；排名第二的是奥地利的英飞凌公司，在初期就已经投入到超结的研发之中，并一直致力于超结器件和工艺的改进，掌握多项核心技术；排名第三、第四的是日本的东芝和富士电机。

5 全球主要申请人的专利布局

从图中可以看出，中国、德国、美国和日本仍然是主要布局国家。大部分公司优先布局本土，尤其是中国公司和大学，几乎所有申请都在国内，缺乏对海外市场的专利布局。日本公司专利布局的重要市场是美国和中国，显示了日本公司对美国和中国市场的重视；英飞凌公司布局集中在德国、中国和美国，在日本布局较少。

6 结语

本文对超结领域的专利分析，发现超结全球专利申请量持续增长，中国初期申请量较少，但后续对超结技术的研发高度重视，投入较大，在保持追赶的同时缩小了和国外的差距，总申请量排名全球第一；中国申请人以企业和大学为主，研究力量较强，同时美日企业在超结领域也拥有巨大的优势和控制力；且超结技术专利布局特点鲜明，中、美、日三国为各方专利布局的主要区域。

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

[2]陈星弼.超结器件电力电子技术[J]，电力电子技术，2008，42(12):2-7.

[3]张波.功率超结器件的理论与优化[J].中国科学:物理学力学天文学，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，五级审查员，研究方向：半导体；周天微（1986—），女，博士，研究方向:半导体（等同于第一作者）。