Платина в микроэлектронике: патентный аспект

Важнейшим компонентом микроэлектронного устройства и всей электронной системы является надёжные электрические контакты. В зависимости от класса устройства нашли применение как сравнительно дешёвые алюминий и медь, более дорогие цветные и редкие металлы (хром, титан, рений и др.), так и – в особо ответственных случаях – благородные золото и платина. Про золото ^[1] и рений ^[2] мы уже рассказывали на Хабре. 

Данный материал посвящён платине.

Патенты на платину в электронике

В регулярном обзорном отчёте ^[3] The World Platinum Investment Council отмечено, что спрос в сегменте электроники на платину в 1 квартале 2025 года вырос на 3% в годовом исчислении (+1000 унций). В первую очередь это было обусловлено постоянными инвестициями в центры обработки данных, где распространение приложений искусственного интеллекта ^[4] (ИИ), машинного обучения ^[5] (ML) и все более широкое внедрение облачных и периферийных вычислительных решений обусловливают растущий объем требований к хранилищам компьютерной информации. Эти тенденции способствовали стабильным поставкам жестких дисков (HDD), в то время как растущая доля жестких дисков большой емкости, требующих более высокой загрузки металла, также способствовала увеличению объема поставок.

В данной публикации нас интересует патентный аспект.

Патентный портал Google по запросу Platinum in electronics показывает более 100 000 документов. По международной патентной классификации лидируют следующие темы:

• диагностика; хирургия; опознание личности A61B ^[6] – 22,4%;

• электротерапия; магнитотерапия; лучевая терапия ^[7]; ультразвуковая терапия A61N ^[8] – 17,3%;

• полупроводниковые приборы H01L ^[9] – 17%;

• разное оборудование Y10T ^[10] – 14,1%;

• сокращение выбросов парниковых газов Y02E ^[11] – 13,3%;

• органические электрические твердотельные устройства H10K ^[12] – 13%;

• исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N ^[11] – 11%;

• печатные схемы; корпусы или детали электрических приборов H05K ^[11] – 10,4%.

По H01L ^[13] «полупроводниковые приборы» около 27 000 документов по платине. Группа лидеров по количеству патентов состоит в основном из азиатских компаний, она следующая:

1. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. ^[14] – 3,1%;

2. Samsung Electronics Co., Ltd. ^[15] – 2,7%;

3. Shin-Etsu Chemical Co., Ltd ^[16]. – 1,6%;

4. Symetrix Corporation ^[17] – 1,4%;

5. Semiconductor Energy Laboratory ^[18] – 1,1%.

Динамика патентования «платина в полупроводниковых приборах микроэлектроники» представлена на рисунке ниже: 

Рисунок: Динамика мирового патентования изобретений на тему Pt в полупроводниковых приборах (Platinum electronics) (H01L) в 1992-2025 гг.

Видно, что в 1990-е годы активность мирового патентования по нашей теме резко выросла почти с нуля, а в 2004-2025 гг. наблюдался платообразный уровень изобретательской активности с несущественными флуктуациями.

Примеры патентов:

• EP4485521A1 Semiconductor device with backside contact and buried spacer;

• US20240332231A1 Direct hybrid bonding in topographic packages;

• US20240332127A1 On-package embedded cooling device.

Легко заметить, что во многих патентах платина указывается в ряду других металлов, например, так: «The metal layer may include at least one of titanium, tantalum, tungsten, nickel, cobalt, or platinum». 

Российские патенты

Российская патентная активность по платине в целом высока. База ФИПС выдаёт 1400(!) патентов РФ на изобретения по запросу в реферате «платина». По H01L ^[13] «полупроводниковые приборы» в ФИПС 28 ед., из которых только 7 действующие, вот примеры:

• №2437186 ^[19] (2011) Способ изготовления солнечного фотоэлектрического преобразователя. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (СПб). Формируют омический контакт последовательным нанесением адгезионного слоя титана толщиной 5-30 нм и барьерного слоя платины толщиной 20-100 нм методом магнетронного распыления и проводящего слоя золота или серебра термическим испарением.

• №2568958 ^[20] (2015) Способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию. ФГУП “ЦНИИ КМ “Прометей” (Санкт-Петербург). В вакууме наносят неразрывные металлические контакты, один из которых трехслойная система металлизации вида титан- платина -золото для съема положительного заряда и другой с потенциальным барьером Шоттки – из платины, золота или иридия для снятия отрицательного заряда.

• №2717264 ^[21] (2020) Способ применения платиновой металлизации в системе перераспределения контактных площадок кристаллов интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. АО “Научно-исследовательский институт электронной техники” (Воронеж). Изобретение предназначено для гибридных интегральных схем, микросборок, модулей, микроэлектромеханических систем и датчиков на полупроводниковой пластине с помощью создания дополнительных тонкопленочных слоев и металлизации на основе платины. 

Заявок на изобретения в РФ нет.

Имеется 7 патентов на полезные модели по H01L ^[13] «полупроводниковые приборы», но все они недействующие.

Зато имеется целых три топологии интегральных схем с платиной, вот примеры:

• №2021630029 ^[22] Топология интегральной схемы тестового кристалла для быстродействующих кремниевых полупроводниковых приборов и микросхем. АО «ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ» (Брянск). Тестовый кристалл предназначен для отработки технологических решений и аттестации конструкций кристаллов полупроводниковых приборов и микросхем на основе эпитаксиальных кремниевых структур с введенной примесью для повышения быстродействия (золото, платина, электроны, протоны и т.п.). 

• №2021630109 ^[23] Топология тестовой матрицы интегральных ячеек для аттестации 1,2 мкм технологии для анализа биологических спор. Научно-производственный комплекс «Технологический центр» (Зеленоград). Основное назначение – возможность исследования влияния конструктивно-технологических характеристик интегральных ячеек на электрофизические характеристики биологических пор (вольт-амперные, вольт-фарадные и т.д.). Топология представляет собой матрицу интегральных ячеек со встроенным металлическим электродом. В качестве материала электрода используется платина.

15 программ для ЭВМ по платине и 9 баз данных к нашей теме не имеют отношение.

Заключение

Российские патенты немногочисленные. Патентообладателями выступают серьёзные образования, такие как Минпромторг России; НИЦ “Курчатовский институт” – ЦНИИ КМ “Прометей” (СПб); АО “Ангстрем” (Москва) и т.д. Но в большинстве они касаются примитивных, морально устаревших полупроводниковых устройств с технологическими нормами порядка 1 микрометра.

При этом очевидна патентная активность азиатских техногигантов в этой сфере. Те продолжают подавать все новые и новые заявки, активно применяя платину в микроэлектронике.