为报复美国对中国计划性实施高科技产业出口限制，中国对「镓」、「锗」等关键矿物实施出口管制作为反制，冲击半导体、显示器面板、光电材料、太阳能电池等诸多产业原物料市场。本文将针对镓、锗等关键矿物资源的加工精炼及创新应用进行检索与分析。

摄影：北美智权／唐铭伟

本文使用WIPS Global和PatSnap两套受全球认可的专利数据库，针对镓、锗等关键矿物之加工精炼及创新应用相关技术，从2004年1月1日到2024年5月30日二十年间在IP5五大专利局进行检索。[1]

镓之专利分析

(一)镓之主要区域分布

图1以日轮图方式展示镓相专利申请中各个地区所占的比例。中国的申请人主要的专利申请地区限于中国国内，申请国外的数量相对较少；美国在镓相关技术上积极进行研发并高度参与，美国的申请人在其他地区的专利布局相当积极。日本和欧洲专利局在专利申请量上也不少，反映了日本和欧洲专利局所对应的国家在推进镓应用上的承诺。韩国和台湾地区对镓专利的贡献虽然小于上述地区，但仍然显著，展示了他们在全球与镓相关的专利布局中也有一定的角色。

图1. 镓之专利申请主要区域分布日轮图；图片来源：北美智权报/芮嘉玮绘制

(二)镓之专利申请趋势分析

从图2可见，全球自2008年以来，与镓相关的专利数量迅速增加，这与中国专利申请量的大幅增加密切相关。全球对于镓的关注日益增加，特别是在2010年代，但到2020年代后则略显衰退。

美国的镓专利申请在2010~2015之间达到高峰，但之后则开始缓步下降。另外，日本基本上也和美国一样显示出类似的趋势。欧洲专利局和韩国则在2010年代的申请数量基本持平，这可能显示出欧洲专利局所涵盖的国家和韩国在与镓相关技术的稳定且持续的研究。台湾地区在2010年初期申请数量甚至超过欧洲专利局和韩国，但2013年后则开始呈现比较大幅度的衰退，这可能反映了台湾地区在2010年初期正是LED产业蓬勃发展的时期。

图2. 镓之历年专利申请趋势图；图片来源：北美智权报/芮嘉玮绘制

(三)镓之主要IPC专利分类

请参照表1，透过上述专利分析检视与镓相关IP专利分类号及专利数量。H01L21从2018年的176件增加到2024年的260件，显示出稳定增长的趋势。H01L29从2018年的101件增加到2024年的157件，呈现逐年增加的趋势。C30B29从2018年的97件增加到2024年的129件，反映了逐年的增长。H01L31类别涵盖对辐射敏感的半导体装置，包括适用于将此类能量转换为电能或通过此类辐射控制电能的装置，是最显著的IPC类别，表明镓扮演着对太阳能技术和相关半导体装置的重要性。H01L21类别的专利涉及专门适用于制造或处理半导体或固态装置的方法或设备，此类别的高专利申请数量强调了制造或处理半导体或固态装置的制造过程在与镓相关的技术创新中占了一定的地位。B01J23类别涵盖含有金属或金属氧化物或氢氧化物的催化剂，表示镓作为催化材料的用途得到了良好的体现，反映了与镓相关的创新在化学过程也有一定的重要性。B01J29类别专利，表示镓在包含分子筛的催化剂领域及先进材料中的应用有一定的专利数量，展示了镓在用途上的多样性。H01L29类别涉及专门用于整流、放大、振荡或切换的半导体装置，反映了镓在开发先进半导体组件中的关键作用。C30B29类别聚焦于单晶或具有一定结构的均匀多晶材料，表明其在高质量半导体基板中的使用。H01L33类别包括专门适用于光发射的半导体装置，显示镓在光电应用如LED中有显著的作用。H01M4类别包含电极，显示镓在电池技术和能源储存应用中的相关性。H01M10为二次电池及其制造和相关技术类别，显示镓在电池行业中具有提升电池性能的重要特性。

IPC分析显示了镓的应用范围广泛，从传统半导体到有机电子和催化的创新用途，显示未来应用的潜力。与半导体和太阳能相关的高专利数量再次确认了镓在这些行业中的关键作用，而在能源储存和有机材料中的新兴产业存在一定的专利数量也突出了与镓相关技术的新发展方向。

表1. 与镓相关的IPC专利分类号及专利数量；图片来源：北美智权报/芮嘉玮制表

锗之专利分析

(一)锗之主要区域分布

从锗相专利申请在各个地区所占的比例观察，可发现中国在专利申请的总量中占最大的比例，显示中国在锗专利申请的数量上的显著领先。不过，中国的申请人主要的专利申请地区限于中国境内，申请国外的数量相对较少；美国和日本的申请人在其他地区的专利布局相当积极。相较于美国和日本，欧洲专利局、台湾地区和韩国等地区的申请份额较小。而相较于台湾地区，韩国以及德、法等欧洲地区，对于国际专利布局较为积极。

图3. 锗之专利申请主要区域分布日轮图；图片来源：北美智权报/芮嘉玮绘制

(二)锗专利的应用趋势

图7反映了锗在电子、半导体、光纤和太阳能电池等领域的各种应用日益增长的重要性。中国的专利申请呈现强劲上升轨迹，反映了重大的研发努力和锗技术的进步。日本和美国几乎保持一致，持续对锗的创新与应用稳定发展。欧洲、台湾地区和韩国等地区专利申请数量亦显示增长，暗示锗技术潜在新兴市场参与者的分布。

图4. 锗之历年专利申请趋势堆栈条形图；图片来源：北美智权报/芮嘉玮绘制

(三)锗之主要IPC专利分类

表2显明与锗相关专利的主要IPC类别，凸显了锗应用的多面性。其中H01L31类别，涵盖对辐射敏感的半导体装置，显示锗在太阳能电池和红外技术中的重要性，并表明锗对可再生能源和传感器应用的强烈关注。H01M10类别，表示在二次电池领域存在有大量与锗相关的专利，凸显了锗在能源储存解决方案中的作用。H01L21类别，涉及专门适用于制造或处理半导体或固态装置的方法或设备，反映了锗在半导体或固态装置制造过程中的关键作用。H01M4类别，显示锗对于提高电化学应用中电极性能方面的重要性。B01J23类别，涵盖含有金属或金属氧化物或氢氧化物的催化剂。H01L29类别，涉及专门用于整流、放大、振荡或切换的半导体装置。C22B41与锗的提取技艺相关。H01L27类别，是关于多个半导体组件在共享基板上的装置，表示锗对于在复杂电子产品中的整合扮演重要的角色。H01M50类别，涵盖了电化学电池的结构组件和制造过程，指出锗在电池设计和生产中的重要性。

表2 与锗相关专利的IPC专利分类及其专利数量

将人工智能应用在关键矿物资源研究

近年来，人工智能（AI）应用在材料上的研究已经取得突破的进展。然而，在此次的专利分析中，似乎还未看到将人工智能应用在此次研究的镓、锗等关键矿物资源上，相信人工智能尔后也会在关键矿物资源领域取得相当的进展，值得关注并早期投入相关研究。

备注：

责任编辑：吴碧娥

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【本文论述仅为作者见解，不代表其任职单位之立场。】

作者： 芮嘉玮 现任： 台湾中技社能源暨产业研究中心主任 学历： 台湾清华大学 奈米工程与微系统研究所 博士 台湾中原大学 财经法律研究所 硕士 台湾科技大学 材料科学与工程研究所 硕士 经历： 台湾工研院技术移转与法律中心执行长室 台湾工研院电子与光电研究所专利副主委 光电产业知识产权经理 专长： 长期从事产业研究、专利知识产权与投资评估等工作，专注于能源、产业、环境、经济等议题。擅长创新技术策略分析、科技预测及评估、专利分析与布局、产业分析、知识产权管理与经营策略、专利的商业化与货币化。熟捻产业技术发展趋势，并常在各媒体平台发表文章、应邀演讲，成功引领技术前瞻与产业关键议题。