Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о SiH4.

Где используется силан?

В микроэлектронике и полупроводниковой продукции востребован газообразный силан SiH4 и его хлор производные (хлорсиланы, в частности трихлорсилан) для 4-х применений, включая:

1. Производство поликремния. Силан используется в производстве поликремния, который служит основой для изготовления солнечных элементов, интегральных схем и других электронных устройств. Поликремний обладает высокой электропроводностью и стабильностью, что делает его ключевым материалом для современных технологий;

2. Полупроводниковое изоляционное покрытие. Для нанесения полупроводникового изоляционного покрытия используется газообразный силан высокой чистоты. Это покрытие позволяет изолировать различные слои полупроводниковых компонентов, обеспечивая их нормальное функционирование;

3. Транзисторы, микросхемы памяти и интегральные схемы. Силан используется для производства компонентов, таких как транзисторы, микросхемы памяти и интегральные схемы. Эти элементы являются основой для работы современных компьютеров, смартфонов и других электронных устройств;

4. Фотоприемники и солнечные элементы. Силан играет важную роль в производстве фотоприемников и солнечных элементов. Солнечные панели, изготовленные с использованием моносилана, обладают высокой эффективностью и долговечностью, что способствует развитию солнечной энергетики.

Также силан применяется в производстве клеев, герметиков, резин, в качестве защитного агента для фармацевтических промежуточных продуктов 

Структура потребления моносилана в мире такая:

• интегральные схемы (ИС) – 40%,

• плоские индикаторные панели (LCD-TFT-дисплеи, ЖК-дисплеи) – 30%,

• фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии (многопереходные и тонкопленочные фотоэлементы, просветляющие покрытия фотоэлементов) – около 25%,

• другие области – 5%.

Силан часто называют моносиланом, чтобы избежать двусмысленностей и отделить от полимеров на базе силана.

Моносилан/хлорсиланы в мире

Мировые мощности по производству моносилана оценивались в 30 000 тонн. Они сосредоточены в трех десятках компаний Японии, Ю. Кореи, ЕС, США и Китая, в частности:

• Tokuyama Corp., Япония,

• REC Group, Норвегия,

• MEMC Electronic Materials, Италия,

• Evonik (ранее Degussa), Германия,

• Air Liquide (Denal Silane – совместное предприятие с Denka Group), Франция,

• Mitsui Chemicals, Япония.

По публикуемым данным, коммерческий рынок моносилана на порядок меньше внутреннего потребления моносилана его производителями.

Силан в России

В России потребляются технические сорта силана, которые применяются для производства клеев, герметиков, мастик, стекловолокон, кровельных и теплоизоляционных материалов. 

До 2020 г. силан и его производные выпускала производственная площадка «Силан» — бывший Данковский химический завод, филиал АО «Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений» (структура входящего в «Ростех» ОНПП «Технология»). Причинами закрытия стало отсутствие спроса на продукцию предприятия и устаревание оборудование, негативно повлиявшее на промышленную безопасность. Эксперты отмечают, что предприятие уже долгое время было нерентабельным и не выдерживало конкурентной борьбы.

Объем потребления силанов в России составляет около 2 000 т/год. Спрос покрывается поставками из Китая.

В открытой научно-технической базе ЕГИСУ НИОКРТ числится 330 работ на «силан», большинство по медицине, биологии, спектроскопии, органической химии. По электронике только одна НИР «Плазмохимический синтез микро- и нанокристаллических композитов алмаз-карбид кремния с высокой теплопроводностью для применений в электронике» (2018-2021 гг.), Проект РФФИ № 18-29-11023 выполнен на базе Лаборатории алмазных материалов Центра Естественнонаучных исследований ИОФ РАН. 

Также исследования полупроводников с использованием силана ведутся в ряде вузов, в частности МИРЭА, МИФИ, МФТИ, институтов, например Институт проблем технологии микроэлектроники РАН, а также предприятий электронной промышленности РФ.

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано 68403 документов на июнь 2024 года по символу SiH4. Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:

Canon Inc — 25,4%;

Applied Materials Inc — 4%;

Nec Corp — 3,1%;

Semiconductor Energy Lab — 2,9%;

Toshiba Corp — 2,7%.

На первом месте с серьезным отрывом от конкурентов расположилась группа Canon из Японии. На четвертом месте можно увидеть фирму патентного короля Японии Ямадзаки Сюмпэя. Ему мы уже посвятили отдельный материал на Хабре. Далее идут американские и одна японская компании. На втором месте единственная американская корпорация в нашем коротком списке — Applied Materials. Как видите, все остальные организации японские. Впечатляющий результат.

Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:

• полупроводниковые приборы H01L — 53,2%;

• покрытия C23C — 22,5%;

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 14,3%;

• защита природы в разных процессах, в т.ч. биологическая очистка Y02P — 14%;

• электрография; электрофотография; магнитография G03G — 12,9%;

• неметаллические элементы; их соединения C01B — 4,8%;

• технические устройства Y10S — 4,5%;

• газоразрядные и вакуумные электронные приборы H01J — 4,2%;

• печатные схемы; корпусы или детали электрических приборов H10K — 3,3%;

• оптические устройства G02F — 3,1%.

Лидируют патенты, посвященные разнообразным устройствам электроники вообще, причём с огромным отрывом полупроводниковые приборы (H01L); примерами являются US20210202462A1 и US11670577B2.

А что же в России?

В базе ФИПС на «силан» числится 449 патентов РФ на изобретения, из которых всего 136 действующие.

По подклассу «полупроводниковые приборы H01L» можно найти 5 патентов. Перечислим их все:

№2614080 — «Пассивация поверхности кремниевых пластин методом магнетронного распыления» (используют по меньшей мере один химический реагент, выбранный из группы, состоящей из силана (SiH4), Si2H6, Si2H4, SiF4, Si2F6 и других соединений) и №2632267 — «Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния и линия по его производству» (магнетронное распыление кремниевой мишени в атмосфере силана и аргона) от ООО «НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе».

№2754808 — «Модуль проточной ячейки и способ его получения» (первая функционализированная молекула присоединена к первому силану или производному силана) от «Иллюмина, Инк.» (US) и «Иллюмина Кембридж Лимитед» (GB).

№2764040 — «Выращивание эпитаксиального 3C-SiC на монокристаллическом кремнии» (прекурсор кремния содержит силан или хлор силан) от «Дзе Юниверсити оф Уорик» (GB).

№2805132 — «Способ изготовления полупроводникового прибора» (в газовой среде SiH4-CO2-HCI-H2) от Чеченского государственного университета им. А.А. Кадырова.

То есть из 5 патентов 2 принадлежат зарубежным организациям.

Действующих патентов РФ на полезные модели всего 4 штуки, например, №181920 «Иммуночип для трепонема-специфической серологической диагностики сифилиса». При этом по подклассу «полупроводниковые приборы H01L» только одна: №196513 «Высокоплотный электронный модуль высокоплотный электронный модуль» (сополимер силана) от «МИРЭА».

Программа для ЭВМ одна — №2022684133 «Параметризатор кинетического блока радикальной полимеризации на базе искусственного интеллекта» от ООО «ЙОСЯ».

Баз данных нет.

Топологий интегральной схемы нет.

Заключение 

На протяжении многих лет моносилан остается важным компонентом в различных отраслях, включая полупроводниковую промышленность и производство солнечных элементов. Однако его использование требует строгого соблюдения мер безопасности из-за его высокой токсичности и пирофорности. Этот газ продолжает играть важную роль в современных технологиях, и его применение будет продолжаться в будущем.

Рынок моносилана в 2023 г. составлял $1,3 млрд. По данным исследования до 2030 г. мировой рынок будет расти с темпом 7,7% в год. Доли ЕС, Северной Америки и Азиатско-тихоокеанского региона примерно равны и мало изменятся.

Россия по электронному силану глубокий аутсайдер. Патенты на полупроводники можно пересчитать по пальцам. И это прискорбно.

Розыгрыш регистрации 5 товарных знаков.

Полезное от Онлайн Патент:

1. Как получить господдержку для IT-компании?

2. Какие выгоды можно получит от регистрации программы для ЭВМ?

3. Как защитить базу данных клиентов?

4. Не только айтишники: какие компании могут внести свои программы в Реестр отечественного ПО?  

5. Руководство по товарным знакам в 2024 году.

Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале