Гидрид фосфора для полупроводников и не только
Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о РН3 чистотой 6 девяток. Фосфи́н (он же фосфористый водород, фосфид водорода, гидрид фосфора и по номенклатуре IUPAC монофосфан) — бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях), аналог аммиака NH3.
Где используется фосфин?
Фосфин высокой чистоты предназначен для применения в установках МОС-гидридной эпитаксии и получения полупроводниковых структур методом химического осаждения из газовой фазы путем термического разложения. Фосфин используется для изготовления полупроводниковых материалов (фосфид галлия и др.).
Напомним, МОС-гидридная эпитаксия — один из наиболее гибких и производительных современных методов получения полупроводниковых структур. В англоязычной литературе используются обозначения MOVPE — Metalorganic Vapor Phase Epitaxy, MOCVD — Metalorganic Chemical Vapor Deposition, OMVPE — Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy. Метод основан на росте эпитаксиальных слоев (ЭС) полупроводниковых материалов путем совместного пиролиза и взаимодействия различных комбинаций металлоорганических соединений (МОС) и гидридов.
Также фосфин технической чистоты применяется как фумигант.
В исследовании Electronic Grade Phosphine (PH3) Market, Global Outlook and Forecast 2023–2030 основными игроками на мировом рынке являются Entegris, Nata Opto-electronic, Shanghai Gen Tech, Linde plc. Доля четырех крупнейших мировых производителей составляет более 80%. Китай является крупнейшим производителем фосфина для электроники, его доля превышает 50%, за ним следуют США с долей в 40%.
Фосфин 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 фосфина по чистоте составляет 99,99994.
Сырьём для фосфина служит высокочистый фосфор.
Специалисты подольского Научно-исследовательского института НПО «Луч» (входит в научный дивизион «Росатома») совместно с профильным предприятием атомной отрасли АО «Гиредмет» (также входит в научный дивизион), РХТУ им. Д.И. Менделеева и ННГУ им. Н.И. Лобачевского — разработали полностью отечественную технологическую цепочку очистки фосфора и синтеза его соединений. Разработка призвана восполнить существующий дефицит высокочистых элементов, используемых в процессах производства специальных материалов для нужд аэрокосмической и компьютерной промышленности. Работы осуществлены в рамках комплексной программы Министерства промышленности и торговли России «Развитие электронного машиностроения на период до 2030 года». Зарубежные поставки (около 80% приходилось на недружественные страны) таких высокочистых элементов прекратились.
Патентный аспект
На портале Google.Patents указано более 100 000 документов на декабрь 2024 по Phosphine (PH3). Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:
Samsung Electronics Co., Ltd. — 4,9%;
Merck Patent (в том числе китайское подразделение 默克专利有限公司) — 3%;
Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (株式会社半導体エネルギー研究所) — 2,9%;
Massachusetts Institute Of Technology — 1,1%;
3M Innovative Properties Company — 1%.
Как видите, безусловное лидерство за южнокорейской Samsung. За ней идет фармгигант Merck. На третьем месте Semiconductor Energy Laboratory Co. Ее основателю и патентному королю Японии Ямадзаки Сюмпэю мы уже посвятили отдельный материал на Хабре. Примечательно, что в наш небольшой рейтинг вошел Массачусетский технологический институт. Очевидно, этот вуз ведет определенные исследования по этому направлению.
Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:
гетероциклические соединения C07D — 32,1%;
материалы, не отнесенные к другим подклассам C09K — 29,7%;
органические электрические твердотельные устройства H10K — 26,5%;
лекарства и медикаменты A61K — 21,6%;
ациклические, карбоциклические или гетероциклические соединения C07F — 21%;
терапевтическая активность химических соединений или лекарственных препаратов A61P — 20,6%;
полупроводниковые приборы H01L — 19,1%;
сокращение выбросов парниковых газов сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 14%.
Лидируют патенты, посвященные гетероциклическим соединениям. Примерами являются JP2023027091A и US10590118B2
А что же в России?
В базе ФИПС на «фосфин» числится 158 патентов РФ на изобретения, из которых только всего 38 действующие. Большинство из них посвящены химическим технологиям получения фосфина, а также сельскохозяйственного применения вещества как фумигатора зерна (защита от вредителей). По подклассу «полупроводниковые приборы H01L» ноль патентов!
Патентов РФ на полезные модели 4 ед., но действующих нет.
Программ для ЭВМ нет.
База данных одна: 2013620851 от Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН «Колебательно-вращательные переходы и параметры спектральных линий молекул PH3и NH3и их изотопологов».
Топологий интегральной схемы нет.
Вот, собственно, все достижения отечественной инженерной мысли. Ура, товарищи.
Заключение
Фосфин в электронике даёт фосфор, который является часто используемой легирующей добавкой в полупроводники N-типа. Результатом является ускорение работы электронных устройств и расширение их функциональных возможностей.
В России в открытом доступе в базе ЕГИСУ НИОКРТ по термину «фосфин электроника» содержатся сведения только об одной НИР «Диазадифосфапенталены: от нековалентных взаимодействий до реагентов для органического синтеза и строительных блоков для материалов молекулярной электроники»; её в 2022–2023 гг. выполнил Институт Металлоорганической Химии им. Г.А. Разуваева РАН (Нижний Новгород) на грант 14 млн руб. от Российского Научного Фонда.
Возможно, имеются закрытые сведения о такого рода научно-технической и производственной активности. Как шутили в фильме Шукшина «У нас есть такие приборы, но мы их вам не покажем». Надеемся, это не шутка и приборы имеются.
Но пока что очевидно катастрофическое отставание в этом аспекте. Возможно, кооперация с Китаем как-то исправит ситуацию в будущем.
Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков и других объектов интеллектуальной собственности.
Регистрация программы для ЭВМ
Внесите софт в Реестр отечественного ПО и сэкономьте на налогах
