Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о AsН3 чистотой шесть девяток. Арси́н — химическое соединение мышьяка и водорода, является аналогом аммиака NH3, фосфина PH3 и стибина H3Sb.
Где используется арсин?
Арсин применяет в основном в солнечных панелях, при производстве поликремния и в полупроводниках.
В маркетинговом исследовании Arsine Gas AsH3 Market Report 2024 (Global Edition) основными игроками на мировом рынке являются Linde Group, Vital Materials, Praxair, Air Liquide, Sumitomo Seika Chemicals, Taiyo Nippon Sanso, Messer Group, Air Products and Chemicals. Около половины потребления приходится на Северную Америку и примерно 25% на Европу. В структуре потребления различают технический арсин (примерно 75% мирового спроса) и сверхчистый арсин для электроники (около 25%).
Мировой рынок «электронного арсина» в 2022 году оценивался в $43 млн и, по прогнозам, достигнет $64 млн к 2029 году. Казалось бы, цифры скромные, но всё не так просто с этим газом.
Арсин в России
Нижегородское АО «НПП «Салют» выпускает газ электронной чистоты в баллонах из нержавеющей стали объемом 1-20 л. Метод контроля качества: газохроматографический анализ. Квалификация арсина по чистоте составляет 99,99994.
В базе НИОКТР по термину «арсин электроника» всего один отчёт по НИР «Разработка органических полупроводников для чувствительных элементов датчиков параметров газов» от 1983(!) года. Суть: Исследовано влияние арсина на 38 органических полупроводниках различных классов; создан чувствительный элемент датчика арсина на полимерной основе.
Среди начинаемых НИР привлекает тема «Изучение механизмов влияния фтора на электронные свойства границ раздела диэлектрик (Al2O3, собственный оксид)/полупроводники A3B5 мышьяковой группы». Исполнитель Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. Несмотря на многочисленные исследования в данном направлении проблема формирования границы раздела диэлектрик/A3As c низкой плотностью интерфейсных состояний (≤1011 эВ-1см-2) до сих пор остается актуальной и важной задачей, требующей установления взаимосвязи между атомным и электронным строением сложного по составу переходного слоя в процессе пассивации.
В феврале 2024 г. АО «Оптрон» и ООО «Файбер Трейд» заключили соглашение о сотрудничестве в области отечественной оптоэлектронной компонентной базы. Соглашение предусматривает передачу макетных образцов лавинных фотодиодов на основе кремния и InGaAs для применения в связи и дальнометрии, разработанных АО «Оптрон», с целью проведения тестовых испытаний.
Патентный аспект
На портале Google.Patents указано более 100 000 документов по состоянию на сентябрь 2024 года по Arsine. Среди патентообладателей ТОП лидеров составили:
Merck Patent Co., Ltd. (默克专利有限公司) — 2,2%;
Applied Materials, Inc. — 2,1%;
Ricoh Company, Ltd. — 1,9%;
Fujitsu Limited — 1,7%;
Toshiba — 1,7%;
ASM America, Inc. — 1%;
Sharp — 0,9%.
Как видите, безусловное лидерство за американскими и японскими IT-компаниями. Немного удивляет присутствие в рейтинге фармгиганта Merck. Но в основном это корпорации-производители полупроводников. Также серьезный патентный портфель есть у Калифорнийского политеха.
Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:
полупроводниковые приборы H01L — 41,8%;
покрытия C23C — 15,6%;
технические устройства Y10S — 14%;
химические и физические процессы B01J — 13,2%;
сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 12,2%;
разделение веществ B01D — 10,1%;
выращивание монокристаллов; направленная кристаллизация эвтектик или направленное расслаивание эвтектоидов; очистка материалов зонной плавкой; получение гомогенного поликристаллического материала C30B — 10%
Лидируют патенты, посвященные полупроводниковым приборам и вообще электронике.
А что же в России?
В базе ФИПС на «арсин» числится всего 23 патента РФ на изобретения, из которых только 8 действующие. По подклассу «полупроводниковые приборы H01L» всего 2 патента:
№2611692 — «Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой» от Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН;
№2746849 — «Способ изготовления магниторезистивного спинового светодиода) от Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского.
Действующих патентов РФ на полезные модели нет. Также нет программ для ЭВМ, баз данных и топологий интегральной схемы.
Вот, собственно, это все достижения отечественной инженерной мысли.
Заключение
Мышьяк в электронике похож на фосфор, поскольку он часто используется в полупроводниках N-типа. Он имеет пять валентных электронов, и когда он добавляется в полупроводник, то создает дополнительные электроны в полосе проводимости. Мышьяк часто используется при производстве высокоскоростных транзисторов и других устройств, быстродействующих и мощных СВЧ-приборов, а также оптоэлектронных устройств инфракрасного и видимого оптических диапазонов.
Как известно, в современной полупроводниковой электронике наблюдается существенное усиление влияния поверхностей и границ раздела на параметры приборов из-за значительного уменьшения размеров активных областей. В связи с этим при создании различных приборов на основе соединений А3As одной из технологических проблем является электронная и химическая пассивация поверхностей полупроводника за счет формирования совершенных границ раздела c диэлектриками. Задача еще больше усложняется для приборов на основе сложных по составу (тройных, четверных) полупроводниковых соединений или многослойных гетероэпитаксиальных структур.
Патентная ситуация по арсину в России, мягко говоря, печальная. Когда все полупроводниковые патенты пересчитываются по пальцам одной руки, то ни о каком технологическом лидерстве не может идти и речи. Вся надежда на сотрудничество с дружественными странами и лицензированием патентов у них. Но проблема в том, что они тоже сильно отстают от американских и японских компаний и организаций.