Electron beam deposition (EBD) – технология получения компонентов полупроводниковых, оптических и других устройств с помощью управляемых электронных лучей. О ней мы и поговорим в сегодняшнем материале. 

Метод

Электронно-лучевое осаждение заключается в облучении электронными пучками, полученными от источника электронов в вакууме, расходного материала. Этот материал испаряется, пары перемещаются в другую часть реактора, где происходит конденсация пара с формированием тонкой пленки на подложках, линзах и других объектах, подлежащих осаждению. Обязательно применяются устройства для фокусировки и отклонения электронного пучка в вакуумном оборудовании, своего рода «электронная оптика».

Электронно-лучевые технологии осаждения плёнок и покрытий применяются в различных отраслях производства. В полупроводниковой промышленности эти системы необходимы для производства интегральных схем и микроэлектронных устройств. В оптике они используются для создания высококачественных покрытий для линз и зеркал, повышающих производительность и долговечность. В автомобильной промышленности этот метод применяются для нанесения покрытий на компоненты, требующие высокой износостойкости. 

Сложилась следующая сегментация рынка.

По Применению:

• Производство полупроводников;

• Оптическое покрытие;

• Тонкопленочные солнечные элементы;

• Микроэлектроника;

• Исследования и разработки.

По отраслям конечного использования:

• Электроника;

• Аэрокосмический сектор;

• Здравоохранение;

• Автомобильная промышленность;

• Энергетика.

Согласно оценкам экспертов, в 2024 году полупроводники занимали наибольшую долю на рынке электронно-лучевых технологий осаждения — 35%, за ними следовали оптические покрытия (25%), солнечная энергетика (20%), тонкоплёночные аккумуляторы (10%) и сверхпроводящие материалы (10%). 

Несмотря на положительную тенденцию к росту, рынок электронно-лучевых технологий сталкивается с рядом проблем. Высокие первоначальные инвестиции, связанные с электронно-лучевым оборудованием, могут стать серьёзным препятствием, особенно для небольших производителей. Согласно отчёту Администрации по делам малого бизнеса США, почти 30% малых предприятий называют финансирование основным препятствием для роста. Кроме того, сложные эксплуатационные требования и необходимость технического обслуживания электронно-лучевых систем могут отпугнуть потенциальных пользователей, особенно тех, кто не знаком с передовыми технологиями осаждения. Эти ограничения могут препятствовать проникновению на рынок в определённых регионах и отраслях.

В маркетинговом исследовании Global Electron Beam Evaporators Market Size By Application ожидается рост рынка оборудования для электронно-лучевого осаждения в интересах полупроводникового производства с 300 до 600 млн долларов с 2024 по 2033 г. с темпом CAGR 8,5% за рассматриваемый период. 

Главными игроками на рынке оборудования для электронно-лучевого осаждения плёнок и покрытий являются DE Technology, Angstrom Engineering, Blue Wave Semiconductor, AJA International, Denton Vacuum, SVT Associates (SVTA), CHA Industrie, AdNaNoTek, SPECS, Temescal, OmniVac, NANO-MASTER, CreaTec Fischer & Co., Henniker Scientific, MBE Komponenten, Scienta Omicron, Ferrotec, Polyteknik, PREVAC.

В данной статье нас интересует только патентный аспект.

Патентный аспект

На портале Google.Patents поиск по запросу Electron beam deposition показывает более 100 000 документов. По международной патентной классификации лидируют следующие темы:

• полупроводниковые приборы H01L — 27%

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 16,2%

• покрытия C23C — 14,1%

• защита природы в разных процессах, в т.ч. биологическая очистка Y02P — 13,9%

• органические электрические твердотельные устройства H10K — 13,3%

• использование наноструктур B82Y — 12,1%

• газоразрядные и вакуумные электронные приборы и газоразрядные осветительные лампы H01J — 11,4%

• исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N — 10,2%

• оптические элементы, системы или приборы G02B — 10,1%

Видно, больше всего патентов в мире учтено по полупроводниковым приборам.

Лидерами в патентовании по электронно-лучевым осадительным технологиям выступили следующие компании:

1. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. — 10%

2. International Business Machines Corporation — 2,8%

3. The Board Of Trustees Of The University Of Illinois — 1,5%

4. Kyocera Sld Laser, Inc. — 1,3%

5. Applied Materials, Inc. — 1,2%

6. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. — 1,2%

На первом месте японская Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Ее основателю Ямадзаки Сюмпэю мы посвятили отдельный материал на Хабре. В рейтинге сплошь известные бренды, которые не нуждаются в представлении. 

Специальный поиск по запросу (Electron beam deposition) (H01L) Google.Patents выдал в июне 2025 года 40962 документа. Динамика по годам представлена на рисунке ниже. 

Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему (Electron beam deposition) (H01L)

Видно, что последние 20 лет темпы патентования изобретений в наиболее популярной теме — полупроводниковые устройства - носят платообразный характер. Лидерами патентования по количества патентов являются:

1. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. — 9,7%

2. International Business Machines Corporation — 3,4%

3. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. — 2,3%

4. Nanya Technology Corporation — 1,9%

5. Micron Technology, Inc. — 1,6%

6. Samsung Electronics Co., Ltd. — 1,6%

7. Infineon Technologies Ag — 1,5%

8. Applied Materials, Inc. — 1,3%

Как видно, лидирует с существенным отрывом знаменитая производственная компания из Тайваня. За ней следуют полупроводниковые гиганты со всего мира: от Штатов и Японии до ФРГ и Южной Кореи. Примеры патентов:

• US20160035563A1 Apparatus and method for processing semiconductor wafer

• US11594459B2 Passivation layer for a semiconductor device and method for manufacturing the same
  

А что в России? 

В базе ФИПС в рефератах на изобретения РФ по запросу электронно-лучевое осаждение найдено 38 патентов на изобретения, из которых 13 ед. действующие. Из них по разделу H01L 5 ед.. Перечислим их все:

• №2458430 (2012) Способ изготовления омического контакта к GaAs. ЗАО «НПФ «Микран» (Томск). Методами электронно-лучевого испарения в вакууме при остаточном давлении менее 5×10^-6 Торр производят осаждение Ge и Си общей толщиной 100-500 нм.

• №2686863 (2019) Способ формирования Т-образного затвора. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. Производилось напыление металлизации Т-образного затвора на основе пленок Pt/Au (25/400 нм) методом электронно-лучевого испарения и вакууме.

• №2696182 (2019) Способ изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты и лента. ООО «С-Инновации» (Москва). Слои оксида магния и гомоэпитаксиального оксида магния осаждают путем электронно-лучевого испарения.

• №2746849 (2021) Способ изготовления магниторезистивного спинового светодиода (варианты). Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского. Методом электронно-лучевого испарения сначала выращивают диэлектрический слой из Al2O3 при температуре 150-250°C, затем формируют ферромагнитный контакт Шоттки из сплава CoPd при температуре 150-400°C, затем при температуре 50-100°C наносят слой из немагнитного металла.

• №2747132 (2021) Способ изготовления нитридного светоизлучающего диода. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук. Формируют прозрачный электропроводящий слой ГТО толщиной 100-700 нм электронно-лучевым испарением при температуре подложки 400-500°С и последующим отжигом в атмосфере газа при давлении, близком к атмосферному.

Патентов РФ на полезные модели по нашей теме электронно-лучевое осаждение в реферате числится два, но действует один. Это №232765 (2025) Устройство реактивного электронно-лучевого осаждения нитридных покрытий. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. Суть: вместо кольцевого анода соосно с тиглем помещен полый электрод, на дне которого расположен подложкодержатель.

Баз данных нет.

Программ для ЭВМ одна. Это №2025610281 Вычисление характеристик теплозащитных покрытий. Правообладатель Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.

Имеется две топологии интегральных микросхем:

• №2018630005 Топология кристалла преобразователя магнитного поля. Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации. Кристалл преобразователя магнитного поля изготавливается с использованием технологического процесса электронно-лучевого напыления.

• №2018630206 Топология кристалла магниторезистивного преобразователя с планарной катушкой смещения. Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации. Топология изготавливается с использованием технологических процессов электронно-лучевого напыления.

НИОКТР

Патенты на изобретения и полезные модели в области сложных технологий готовятся в ходе плановых научно-исследовательских, конструкторских и теоретических работ. Открытая информация включает отчёты по грантам, диссертации, научные статьи, доклады на конференциях, объявления о тендерах.

На портале «Наука и инновации» по электронно-лучевому осаждению учтено всего 168 документов, в том числе по микроэлектронике 6 ед.

Так, НИР «Электронно-лучевое нанесение теплопроводящих керамических покрытий для устройств микроэлектроники» выполнена в 2020 г. в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники на грант в 3,5 млн руб. от Российского фонда фундаментальных исследований. Цель: изучение процессов электронно-лучевого осаждения теплопроводящих керамических покрытий различного назначения для устройств микроэлектроники. Детально исследовано влияния параметров электронного пучка на состав, теплопроводность и электроизоляционные параметры и свойства покрытий.

Заключение

Технологии Electron beam deposition EBD для осаждения функциональных пленок и покрытий нашли применение в производстве микроэлектроники, в том числе в России с конца XX века. Они дополняют другие технологии, в частности магнетронное распыление, лазерную абляцию, жидкофазную эпитаксию, плазмохимическое газофазное осаждение (PECVD), импульсное лазерное осаждение (PLD), осаждение из металлорганических соединений (MOCVD). 

Патентная ситуация в РФ с электронно-лучевыми технологиями создания плёнок и покрытий в микроэлектронике слабая. Активность в НИОКР вялая. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники выделяется результативностью в этой теме.

Интригует Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, которое в 2018 зарегистрировало две топологии интегральных схем с применением электронно-лучевого напыления. По-видимому, существенные работы ведутся в секретных режимах и не проявляются в открытых патентах РФ.

Это ярко контрастирует с зарубежной практикой у ведущих производителей электроники: они патентуют огромное количество способов, аппаратов для электронно-лучевого осаждения покрытий и плёнок, химических веществ для этих целей, но в формулах патентов напускают «дымовую завесу», указывая порядка 10 вариантов через союз «или», например, так: метод изготовления полупроводниковых чипов включает магнетронное распыление или лазерную абляцию или плазмохимическое осаждение (PECVD) или импульсное лазерное осаждение (PLD) или осаждение из металлорганических соединений (MOCVD) или электронно-лучевое осаждение (EBD). Спросите: «А какой смысл в таких патентах с извращённой секретностью изподвыподверта?». Отвечаем: «Открытые патенты учитываются в корпусе интеллектуальной собственности компаний по внутренним, произвольно-запредельным ценам, после чего раздувается бухгалтерский баланс, что существенно повышает капитализацию предприятий, усиливает игру на фондовых биржах, способствует получению банковских займов по низким ставках и комфортным выплатам, улучшает научно-технологический имидж ради конкурентной борьбы, привлекает крупных клиентов и инвесторов, облегчает выбивание государственных льгот и субсидий».