關鍵礦物「鎵」與「鍺」的專利申請分析

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芮嘉瑋╱財團法人中技社 科技暨工程研究中心主任

地緣政治下中美科技戰愈演愈烈，為報復美國對中國計畫性實施高科技產業出口限制，中國對「鎵」、「鍺」等關鍵礦物實施出口管制作為反制，衝擊半導體、顯示器面板、光電材料、太陽能電池等諸多產業原物料市場。本文將針對鎵、鍺等關鍵礦物資源的加工精煉及創新應用進行檢索與分析。

本文使用WIPS Global和PatSnap兩套受全球認可的專利資料庫，針對鎵、鍺等關鍵礦物之加工精煉及創新應用相關技術，從2004年1月1日到2024年5月30日二十年間在IP5五大專利局進行檢索。[1]

鎵之專利分析

(一) 鎵之主要區域分佈

圖1以日輪圖方式展示鎵相專利申請中各個地區所占的比例。中國的申請人主要的專利申請地區限於中國國內，申請國外的數量相對較少；美國在鎵相關技術上積極進行研發並高度參與，美國的申請人在其他地區的專利佈局相當積極。日本和歐洲專利局在專利申請量上也不少，反映了日本和歐洲專利局所對應的國家在推進鎵應用上的承諾。韓國和台灣對鎵專利的貢獻雖然小於上述地區，但仍然顯著，展示了他們在全球與鎵相關的專利佈局中也有一定的角色。

(二)鎵之專利申請趨勢分析

從圖2可見，全球自2008年以來，與鎵相關的專利數量迅速增加，這與中國專利申請量的大幅增加密切相關。全球對於鎵的關注日益增加，特別是在2010年代，但到2020年代後則略顯衰退。

美國的鎵專利申請在2010~2015之間達到高峰，但之後則開始緩步下降。另外，日本基本上也和美國一樣顯示出類似的趨勢。歐洲專利局和韓國則在2010年代的申請數量基本持平，這可能顯示出歐洲專利局所涵蓋的國家和韓國在與鎵相關技術的穩定且持續的研究。台灣在2010年初期申請數量甚至超過歐洲專利局和韓國，但2013年後則開始呈現比較大幅度的衰退，這可能反映了台灣在2010年初期正是LED產業蓬勃發展的時期。

(三)鎵之主要IPC專利分類

請參照表1，透過上述專利分析檢視與鎵相關IP專利分類號及專利數量。H01L21從2018年的176件增加到2024年的260件，顯示出穩定增長的趨勢。H01L29從2018年的101件增加到2024年的157件，呈現逐年增加的趨勢。C30B29從2018年的97件增加到2024年的129件，反映了逐年的增長。H01L31類別涵蓋對輻射敏感的半導體裝置，包括適用於將此類能量轉換為電能或通過此類輻射控制電能的裝置，是最顯著的IPC類別，表明鎵扮演著對太陽能技術和相關半導體裝置的重要性。H01L21類別的專利涉及專門適用於製造或處理半導體或固態裝置的方法或設備，此類別的高專利申請數量強調了製造或處理半導體或固態裝置的製造過程在與鎵相關的技術創新中占了一定的地位。B01J23類別涵蓋含有金屬或金屬氧化物或氫氧化物的催化劑，表示鎵作為催化材料的用途得到了良好的體現，反映了與鎵相關的創新在化學過程也有一定的重要性。B01J29類別專利，表示鎵在包含分子篩的催化劑領域及先進材料中的應用有一定的專利數量，展示了鎵在用途上的多樣性。H01L29類別涉及專門用於整流、放大、振盪或切換的半導體裝置，反映了鎵在開發先進半導體元件中的關鍵作用。C30B29類別聚焦於單晶或具有一定結構的均勻多晶材料，表明其在高品質半導體基板中的使用。H01L33類別包括專門適用於光發射的半導體裝置，顯示鎵在光電應用如LED中有顯著的作用。H01M4類別包含電極，顯示鎵在電池技術和能源儲存應用中的相關性。H01M10為二次電池及其製造和相關技術類別，顯示鎵在電池行業中具有提升電池性能的重要特性。

IPC分析顯示了鎵的應用範圍廣泛，從傳統半導體到有機電子和催化的創新用途，顯示未來應用的潛力。與半導體和太陽能相關的高專利數量再次確認了鎵在這些行業中的關鍵作用，而在能源儲存和有機材料中的新興產業存在一定的專利數量也突出了與鎵相關技術的新發展方向。

鍺之專利分析

(一)鍺之主要區域分佈

從鍺相專利申請在各個地區所占的比例觀察，可發現中國在專利申請的總量中佔最大的比例，圖3顯示中國在鍺專利申請的數量上的顯著領先。不過，中國的申請人主要的專利申請地區限於中國境內，申請國外的數量相對較少；美國和日本的申請人在其他地區的專利佈局相當積極。相較於美國和日本，歐洲專利局、台灣和韓國等地區的申請份額較小。而相較於台灣，韓國以及德、法等歐洲地區，對於國際專利佈局較為積極。

(二)鍺專利的應用趨勢

圖4反映了鍺在電子、半導體、光纖和太陽能電池等領域的各種應用日益增長的重要性。中國的專利申請呈現強勁上升軌跡，反映了重大的研發努力和鍺技術的進步。日本和美國幾乎保持一致，持續對鍺的創新與應用穩定發展。歐洲、台灣和韓國等地區專利申請數量亦顯示增長，暗示鍺技術潛在新興市場參與者的分布。

(三)鍺之主要IPC專利分類

表2顯明與鍺相關專利的主要IPC類別，凸顯了鍺應用的多面性。其中H01L31類別，涵蓋對輻射敏感的半導體裝置，顯示鍺在太陽能電池和紅外技術中的重要性，並表明鍺對可再生能源和傳感器應用的強烈關注。H01M10類別，表示在二次電池領域存在有大量與鍺相關的專利，凸顯了鍺在能源儲存解決方案中的作用。H01L21類別，涉及專門適用於製造或處理半導體或固態裝置的方法或設備，反映了鍺在半導體或固態裝置製造過程中的關鍵作用。H01M4類別，顯示鍺對於提高電化學應用中電極性能方面的重要性。B01J23類別，涵蓋含有金屬或金屬氧化物或氫氧化物的催化劑。H01L29類別，涉及專門用於整流、放大、振盪或切換的半導體裝置。C22B41與鍺的提取技藝相關。H01L27類別，是關於多個半導體元件在共用基板上的裝置，表示鍺對於在複雜電子產品中的整合扮演重要的角色。H01M50類別，涵蓋了電化學電池的結構元件和製造過程，指出鍺在電池設計和生產中的重要性。

將人工智慧應用在關鍵礦物資源研究

近年來，人工智慧(AI)應用在材料上的研究已經取得突破的進展。然而，在此次的專利分析中，似乎還未看到將人工智慧應用在此次研究的鎵、鍺等關鍵礦物資源上，相信人工智慧爾後也會在關鍵礦物資源領域取得相當的進展，值得關注並早期投入相關研究。

備註：

1. 本文針對美國(US)、歐洲(EP)、中國(CN)、日本(JP)、南韓(KR)和台灣(TW)等國家或地區所申請公開的專利進行技術趨勢進行分析，使用的檢索式為((金屬鎵 OR 鎵金屬 OR gallium) or (金屬鍺 OR 鍺金屬 OR germanium)).KEY. AND (@AD>=20050101<=20231231) AND (CN OR US OR EP OR JP OR KR OR TW).CC.。

責任編輯：吳碧娥

【本文僅反映專家作者意見，不代表本報及其任職單位之立場。】

作者： 芮嘉瑋 現任： 中技社科技暨工程研究中心主任 學歷： 國立清華大學 奈米工程與微系統研究所 博士 中原大學 財經法律研究所 碩士 國立台灣科技大學 材料科學與工程研究所 碩士 經歷： 工研院技術移轉與法律中心執行長室 工研院電子與光電研究所專利副主委 光電產業智權經理 專長： 長期從事產業研究、專利智財與投資評估等工作，專注於能源、產業、環境、經濟等議題。擅長創新技術策略分析、科技預測及評估、專利分析與布局、產業分析、智慧財產權管理與經營策略、專利的商業化與貨幣化。熟捻產業技術發展趨勢，並常在各媒體平台發表文章、應邀演講，成功引領技術前瞻與產業關鍵議題。

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