Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет об оксиде азоте, N2O, коммерческое и бытовое название закись азота, в электронике часто называют оксид диазота. Также это вещество известно как веселящий газ.
Где используется N2O?
Этот газ широко применяют в промышленности. Например, в пищевой — для производства пористого шоколада. Этот газ используют и при подготовке аквалангистов к погружению. Чистую закись азота используют в медицине; поскольку в малых концентрациях этот газ вызывает чувство опьянения и легкую сонливость, его иногда применяют в качестве наркоза. Закись азота широко применяется в стратегических отраслях: военной микроэлектронике, боевой медицине, космической и атомной промышленности.
Сверхчистая закись азота электронного класса известна как специальный электронный газ. Это высокоочищенная форма закиси азота, которая используется в электронной промышленности для различных применений, таких как производство полупроводников, плоских дисплеев и других электронных компонентов. Такой газ содержит менее 0,001% примесей, которые могут повлиять на электронные процессы. Он производится с помощью строго контролируемого производственного процесса, который включает дистилляцию, очистку и меры контроля качества, гарантирующие соответствие определенным стандартам электронной промышленности.
Закись азота применяется в процессах получения слоев легированного и нелегированного диоксида кремния, которые получают химическим или плазмохимическим осаждением при пониженном давлении из парогазовых смесей оксида диазота с моносиланом, дисиланом, а также из плазмы моносилана, аммиака и оксида диазота. Использование N2O в качестве окислителя позволяет практически исключить гомогенное окисление, которое засоряет реакционную камеру и ухудшает качество образующейся пленки. Кроме того, слои окисла, осажденные с помощью реакции окисления гидридов кремния кислородом, при пониженном давлении имеют ряд недостатков: ненадлежащая конформность, неоднородность плотности слоев, покрывающих ступеньку топологического рельефа, что приводит к дефектам. От этих недостатков свободны процессы получения слоев окисла из моносилана, дисилана и дихлорсилана с использованием в качестве окислителя N2O, так как он является более мягким окислителем, чем кислород.
Развитие мирового рынка электронной закиси азота можно объяснить увеличением спроса на электронные устройства.
В маркетинговом исследовании Electronic Grade Nitrous Oxide (N2O) Market Size, Share, Growth, and Industry Analysis, By Type (Above 99.9995% and Above 99.999%), By Application (Semiconductor and LCD/OLED), Regional Forecast By 2031 мировой рынок в 2022 году составил 188,5 млн долларов, и ожидается, что в 2031 году он достигнет 363,51 млн долларов.
Азиатско-Тихоокеанский регион, по оценкам, будет самым быстрорастущим в перспективе до 2031 г. из-за быстрой индустриализации, увеличения населения и повышения уровня жизни в странах с развивающейся экономикой, включая Китай, Индию, Индонезию и Вьетнам. Кроме того, ожидается, что растущий спрос на электромобили и возобновляемые источники энергии будет стимулировать рост рынка Азиатско-Тихоокеанского региона.
Северная Америка, вероятно, будет занимать вторую по величине долю на рынке. Ожидается, что там будут доминировать Соединенные Штаты с их долей рынка. Канада является вторым по величине рынком в Северной Америке.
Закись азота в России
Согласно закону от 29 декабря 2020 г. № 472-ФЗ “Об ограничении оборота закиси азота в Российской Федерации” с 01.01.2021 продажа пищевой закиси азота с целью употребления запрещена, продажа осуществляется исключительно профильным организациям при заключении договора и после предоставления необходимого пакета документов.
В РФ несколько заводов производят рядовую закись азота, в частности для пищевой промышленности (пищевая добавка Е942) и гражданской медицины. Так, ООО «Торговый Дом “Медицинский Газовый Сервис”» (Вологодская обл.) с 1999 г. является единственным производителем азота закиси (средства ингаляционного наркоза) на территории России. Пищевой веселящий газ выпускает ООО «Хогаз» (Москва) и др. Новое производство построят на площадке технопарка АО «Пластик» (Тульская обл.): компании «ДББ» инвестирует в выпуск закиси азота 150 млн руб., запуск к концу 2024 года.
В базе ЕГИСУ НИОКТР только 2 документа:
«Разработка мембранного метода глубокой очистки закиси азота, разработка способов гидрирования тетрахлорида кремния и разработка лабораторной модели двухмассной вибрационной транспортно-технологической машины с параметрическим возбуждением» выполнено ООО «Омега» в 2010 г.
«Разработка технологии получения высокочистого оксида диазота». НИР осуществлена в Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева в 2011-2012 гг. В аннотации сообщается: «Основным потребителями оксида диазота в Нижегородской области являются ФГУП ФНПЦ НИИИС им Ю.Е. Седакова и ФГУП «НПП «Салют», крупнейшие предприятие микроэлектронной промышленности Приволжского региона. Ввиду того, что к оксиду диазота применяемой в микроэлектронике предъявляются высокие требования по чистоте (>99,9998 %), существующие промышленные способы получения оксида диазота не обеспечивают требуемую чистоту. Поэтому целью является разработка технологии получения высокочистого оксида диазота. В основе технологии заложены энерго-эффективные мембранные и кристаллизационные методы очистки».
Патентный аспект
На портале Google.Patents указано 64013 документов на октябрь 2024 года по запросу N2O + semiconductor. Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:
-
Semiconductor Energy Lab Co Ltd. (株式会社半導体エネルギー研究所) — 20,1%;
-
SK hynix (주식회사 하이닉스반도체) — 6,3%;
-
Fujitsu Ltd — 3,1%;
-
Lam Research Corporation — 1,8%;
-
Applied Materials, Inc. — 1,4%.
На первом месте со значительным отрывом от конкурентов расположилась японская Semiconductor Energy Laboratory Co. Ее основателю и патентному королю Страны Восходящего Солнца Ямадзаки Сюмпэю мы уже посвятили отдельный материал на Хабре. На втором месте — южнокорейская SK hynix. На третьем японская Fujitsu. Американские полупроводниковые гиганты замыкают наш небольшой рейтинг.
Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:
-
полупроводниковые приборы H01L — 69,4%;
-
покрытия C23C — 14,2%;
-
электронные запоминающие устройства H10B — 11,7%;
-
органические электрические твердотельные устройства H10K — 5,7%;
-
оптические устройства G02F — 5,4%;
-
газоразрядные и вакуумные электронные приборы и газоразрядные осветительные лампы H01J — 5,3%.
Как видите, полупроводники значительно доминируют над остальными темами.
А что же в России?
В базе ФИПС на «закись азота электроника» и «закись азота полупроводники» ноль (!) документов. На «закись азота кремний» 10 патентов РФ, из которых только 4 по электронике:
-
Способ формирования пленок двуокиси кремния (1996) №1820782 от «Научно-производственное объединение «Интеграл».
-
Способ получения слоя диоксида кремния (2015) №2568334 ООО «СибИС» (Новосибирск).
-
Способ получения структур диэлектрик — арсенид индия (2000) № 1604097 и Способ получения слоев оксинитрида кремния (2000) № 1630570 от Института физики полупроводников СО АН.
Патентов РФ на полезные модели по нашей тематике нет.
Программ для ЭВМ, Баз данных и Топологий интегральной схемы нет.
Заметим, что на закись азота 285 патентов на изобретения РФ, в основном это продукты питания, пестициды для зерна и табака, дыхательные смеси, катализаторы получения закиси азота, органический синтез, присадки к топливу для двигателей, в том числе внутреннего сгорания и реактивных. На оксид диазота 5 патентов, не имеющих никакого отношения к электронике.
Заключение
В России по крайней мере с 1990-х годов велись ограниченные научно-исследовательские работы по закиси азота в электронике. Было задействовано несколько Институтов РАН, вузов и профильных предприятий. Патентная ситуация в открытом поле крайне плачевная.
Это резко контрастирует с мировым опытом, в частности с теми же японскими патентами.
Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале
Автор: ko_ya
