论文部分内容阅读
摘 要：在显示技术领域，以液晶显示（LCD）为代表的平板显示已经取代传统的、体积笨重的CRT显示并占据主流地位，涵盖了从手机到大尺寸电视在内的各种显示应用领域。薄膜晶体管TFT已经成为电子平板显示行业的核心部件，提高TFT晶体管的性能深刻影响着显示领域的技术发展。本文主要利用数据库的检索结果从中国、全球的专利申请量、申请人等多方面进行数据统计和分析，总结了有源区的材料在薄膜晶体管中的相关国内外专利申请趋势、主要申请人分布以及对重点技术的发展路线进行了梳理。
关键词：TFT；有源区材料
目前，TFT的有源层材料主要分为以下几种[1]：（1）非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT），以a-Si 为半导体活性层；（2）p-Si TFT ，以多晶硅（P-Si）为活性层，（3）有机薄膜晶体管，以有机半导体材料充当栅绝缘层、半导体活性层；（4）金属氧化物TFT，以无掺杂金属氧化物作为半导体活性层，就常见的ZnO 薄膜而言，它是一种属于直接宽带隙（常温下带隙为3.37eV）透明氧化物半导体，具有六方纤锌矿结构、C 轴优先取向，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质[2]。此外，随着半导体材料被广泛研究，各类新型材料也被应用到结构薄膜场效应晶体管中，例如：纳米材料和石墨烯材料作为结构薄膜晶体管的有源层发挥着巨大的潜力。
1.专利申请分析
为了研究有源层材料在薄膜场效应晶体管中专利技术的发展情况，利用数据库，结合相关的检索策略，对得到的数据进行中国专利申请和全球专利申请进行统计分析。
图1为在全球范围内的薄膜晶体管的申请量与在中国申请的薄膜晶体管的专利申请量的对比图。由该图可知，在1979年-1992年，薄膜晶体管已经开始在世界范围内萌芽，且分析得到该初期阶段主要体现在日本、美国等发达国家且其并没有进入中国市场，中国在薄膜晶体管领域的专利萌芽阶段晚于其他先进国家近15年的时间；在2000年之后，国内市场逐步打开，相关国家的重要专利也转向中国市场，同时在2004年之后，中国本土企业开始快速发展；国内有关薄膜晶体管的专利申请总体发展趋势与全球趋势基本相同。
根据检索结果分析，在中国申请的结构薄膜晶体管的主要专利申请人，申请量排前五的分别是SEME、京东方、三星电子、IBM和夏普，其中SEME和夏普都属于日本大公司，京东方则是中国在薄膜晶体管领域的重要申请人，三星电子和IBM也分别是韩国和美国处于垄断地位的龙头企业。分析可知，日本属于本领域专利申请量较多的国家，且其具有很多薄膜晶体管领域的核心专利。
而薄膜晶体管在中国的专利申请中，申请量排名前5的分别是：日本、北京、韩国、美国和德国，同样申请量较多的国内的省市还有深圳、江苏、上海等地，说明中国在国际上的结构薄膜场效应晶体管申请量占据较大市场，而国内重要申请人则集中在我国的一线城市和长三角等经济发达的城市。
2. 薄膜晶体管中有源区材料的主要发展路线
图2展示了薄膜晶体管中有源区材料的主要发展路线，通过对该发展路线进行研究梳理，有助于了解薄膜晶体管中有源区材料的发展历史和现状以及未来的主要研究方向。
早在1987年，日本富士通株式会社提出了薄膜场效应晶体管的形成方法（JP昭63-178560A）。该专利申请的同族被引证数高达51次，为之后进行薄膜晶体管的研究打开了大门。随后日本、美国相继出现了有关采用非晶硅作为有源层的薄膜场效应晶体管，例如：公开号为JP平-183853A、JP平2-207537、 US5346850A的专利申请。
非晶硅TFT适用于大面积装置的有源矩阵基板，但是存在迁移率非常低、导通态电流小的问题。受制备工艺的制约和载流子迁移率的影响，美国IBM公司于1991年提出了非晶硅-多晶硅材料作为沟道的薄膜晶体管EP0473988A1。随后，在1993年，株式会社半导体能源研究所提出了一种半多晶材料作为有源层的顶栅TFT（CN1086047A）。
非晶硅和半多晶薄膜晶体管液晶显示器很难满足轻薄、省电和高画质的要求，而多晶硅液晶显示器则具有画面刷新速度快、亮度高和清晰度高等优点，在1996年先后涌现出了一股研究多晶硅薄膜晶体管的热潮，其代表专利有：株式会社半导体能源研究所提出专利申请CN1169026A和韩国三星电子提出的专利申请US5840602A。
3.结语
通过上述分析可以看出，薄膜晶体管的有源区材料经历了较多阶段，其中在非多晶和多晶材料的发展已经比较成熟，申请国家主要集中在日本、美国和韩国，其不仅专利申请量多，授权的核心专利也垄断了大部分技术，在一定程度上对我国有关材料的应用造成了巨大的压力；然而，对于新型材料的研发，国内企业和高校也不断创新，逐渐占据了很大位置，从目标国家的申请量分析可以看出，中国在该领域的市场还是很大发展前景，在今后的发展中，国内申请人也应关注前沿技术，不断创新发展。
参考文献
[1] 许洪华.薄膜晶体管研究进展.光子技术，2006， 3：135 -140.
[2] Zhang Xin’an. Fabrication of Bottom-gate and Top-gate Transparent ZnO Thin Film Transistors. Journal of Semiconductors， 2008， 29（5）：859-862.
关键词：TFT；有源区材料
目前，TFT的有源层材料主要分为以下几种[1]：（1）非晶硅薄膜晶体管（a-Si：H TFT），以a-Si 为半导体活性层；（2）p-Si TFT ，以多晶硅（P-Si）为活性层，（3）有机薄膜晶体管，以有机半导体材料充当栅绝缘层、半导体活性层；（4）金属氧化物TFT，以无掺杂金属氧化物作为半导体活性层，就常见的ZnO 薄膜而言，它是一种属于直接宽带隙（常温下带隙为3.37eV）透明氧化物半导体，具有六方纤锌矿结构、C 轴优先取向，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质[2]。此外，随着半导体材料被广泛研究，各类新型材料也被应用到结构薄膜场效应晶体管中，例如：纳米材料和石墨烯材料作为结构薄膜晶体管的有源层发挥着巨大的潜力。
1.专利申请分析
为了研究有源层材料在薄膜场效应晶体管中专利技术的发展情况，利用数据库，结合相关的检索策略，对得到的数据进行中国专利申请和全球专利申请进行统计分析。
图1为在全球范围内的薄膜晶体管的申请量与在中国申请的薄膜晶体管的专利申请量的对比图。由该图可知，在1979年-1992年，薄膜晶体管已经开始在世界范围内萌芽，且分析得到该初期阶段主要体现在日本、美国等发达国家且其并没有进入中国市场，中国在薄膜晶体管领域的专利萌芽阶段晚于其他先进国家近15年的时间；在2000年之后，国内市场逐步打开，相关国家的重要专利也转向中国市场，同时在2004年之后，中国本土企业开始快速发展；国内有关薄膜晶体管的专利申请总体发展趋势与全球趋势基本相同。
根据检索结果分析，在中国申请的结构薄膜晶体管的主要专利申请人，申请量排前五的分别是SEME、京东方、三星电子、IBM和夏普，其中SEME和夏普都属于日本大公司，京东方则是中国在薄膜晶体管领域的重要申请人，三星电子和IBM也分别是韩国和美国处于垄断地位的龙头企业。分析可知，日本属于本领域专利申请量较多的国家，且其具有很多薄膜晶体管领域的核心专利。
而薄膜晶体管在中国的专利申请中，申请量排名前5的分别是：日本、北京、韩国、美国和德国，同样申请量较多的国内的省市还有深圳、江苏、上海等地，说明中国在国际上的结构薄膜场效应晶体管申请量占据较大市场，而国内重要申请人则集中在我国的一线城市和长三角等经济发达的城市。
2. 薄膜晶体管中有源区材料的主要发展路线
图2展示了薄膜晶体管中有源区材料的主要发展路线，通过对该发展路线进行研究梳理，有助于了解薄膜晶体管中有源区材料的发展历史和现状以及未来的主要研究方向。
早在1987年，日本富士通株式会社提出了薄膜场效应晶体管的形成方法（JP昭63-178560A）。该专利申请的同族被引证数高达51次，为之后进行薄膜晶体管的研究打开了大门。随后日本、美国相继出现了有关采用非晶硅作为有源层的薄膜场效应晶体管，例如：公开号为JP平-183853A、JP平2-207537、 US5346850A的专利申请。
非晶硅TFT适用于大面积装置的有源矩阵基板，但是存在迁移率非常低、导通态电流小的问题。受制备工艺的制约和载流子迁移率的影响，美国IBM公司于1991年提出了非晶硅-多晶硅材料作为沟道的薄膜晶体管EP0473988A1。随后，在1993年，株式会社半导体能源研究所提出了一种半多晶材料作为有源层的顶栅TFT（CN1086047A）。
非晶硅和半多晶薄膜晶体管液晶显示器很难满足轻薄、省电和高画质的要求，而多晶硅液晶显示器则具有画面刷新速度快、亮度高和清晰度高等优点，在1996年先后涌现出了一股研究多晶硅薄膜晶体管的热潮，其代表专利有：株式会社半导体能源研究所提出专利申请CN1169026A和韩国三星电子提出的专利申请US5840602A。
3.结语
通过上述分析可以看出，薄膜晶体管的有源区材料经历了较多阶段，其中在非多晶和多晶材料的发展已经比较成熟，申请国家主要集中在日本、美国和韩国，其不仅专利申请量多，授权的核心专利也垄断了大部分技术，在一定程度上对我国有关材料的应用造成了巨大的压力；然而，对于新型材料的研发，国内企业和高校也不断创新，逐渐占据了很大位置，从目标国家的申请量分析可以看出，中国在该领域的市场还是很大发展前景，在今后的发展中，国内申请人也应关注前沿技术，不断创新发展。
参考文献
[1] 许洪华.薄膜晶体管研究进展.光子技术，2006， 3：135 -140.
[2] Zhang Xin’an. Fabrication of Bottom-gate and Top-gate Transparent ZnO Thin Film Transistors. Journal of Semiconductors， 2008， 29（5）：859-862.