Патентный ландшафт электрохимических транзисторов

Электрохимический транзистор представляет собой электронный компонент, функционирование которого базируется на принципах электрохимии, в отличие от классических твердотельных полупроводников, использующих электронно-дырочную проводимость. В таких приборах задействованы электролиты, органические полупроводниковые материалы и металлооксиды, где перенос заряда осуществляется ионными и солитонными механизмами.

Конструкция электрохимического транзистора включает в себя проводящий канал, электроды стока и истока, а также затвор, сопряженный с каналом посредством ионной среды — электролита, который может быть представлен в жидком, твердом или гелеобразном состоянии. Управление проводимостью канала происходит за счет окислительно-восстановительных превращений и направленного движения ионов. При подаче потенциала на затвор ионы из электролита взаимодействуют с материалом канала, что корректирует плотность электронного заряда и, как следствие, силу тока в стоке. Варьируя полярность напряжения, можно переключать состояние канала между проводящим и диэлектрическим. К примеру, при положительном потенциале на затворе катионы проникают в канал, вызывая электрохимическое восстановление активного материала (например, PEDOT:PSS) и падение проводимости. После отключения напряжения ионы диффундируют обратно в электролит, восстанавливая исходные параметры тока. Некоторые материалы способны удерживать ионы даже после снятия управляющего сигнала, что открывает перспективы создания на их основе энергонезависимых элементов памяти.

Именно об этих перспективных устройствах пойдет речь далее.

Ключевые особенности

Малое рабочее напряжение (обычно ниже 1 В) делает эти транзисторы идеальными для интеграции в биологические системы, создания биосенсоров и развития передовой биоэлектроники.

Совместимость с живыми организмами открывает широкие горизонты для нейроморфных вычислений, реализации нейроинтерфейсов, а также непрерывного мониторинга состояния здоровья и контроля биомаркеров.

Широкий выбор материалов: от полимеров и ионных жидкостей в качестве электролитов до органических полупроводников (полипиррол, политиофен, PEDOT:PSS) в составе каналов.

Сферы применения:

• аналитические электрохимические биосенсоры;

• интерфейсы «мозг-компьютер» и нейропротезирование;

• аппаратная реализация нейроморфных сетей;

• контроль жизнедеятельности растений;

• носимые медицинские гаджеты для измерения состава крови (уровня электролитов) и сердечного ритма.

Таким образом, синергия электроники и электрохимии позволяет создавать уникальные решения для взаимодействия с химически активными и биологическими средами.

Какова ситуация с патентной защитой в этой области?

По состоянию на июнь 2026 года поиск по запросу electrochemical transistor в базе Google.Patents выдает более 100 000 публикаций. Структура распределения по МПК выглядит следующим образом:

• полупроводниковые приборы для преобразования энергии или данных H10D — 21,4%;

• аналитические методы исследования материалов по их химическим/физическим свойствам G01N — 19,7%;

• органические электронные компоненты H10K — 18,8%;

• оптические устройства G02F — 15,7%;

• технологии снижения выбросов парниковых газов Y02E — 15,6%;

• системы управления индикацией G09G — 15,5%;

• химические источники тока (батареи) H01M — 9,2%;

• и другие категории.

Динамика мирового патентного ландшафта отображена на рисунке 1.

График демонстрирует стремительный рост патентной активности в период с 1992 по 2007 год, после чего показатели вышли на стабильный уровень с локальным пиком в 2010–2013 годах.

Рейтинг ключевых патентообладателей:

1. Seiko Epson Corporation — 7%;

2. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. — 3,1%;

3. Samsung Display Co., Ltd. — 1%;

4. The Regents Of The University Of California — 1%;

5. The Board Of Trustees Of The University Of Illinois — 1%;

6. Ethicon Llc — 0,9%;

7. Acreo Ab — 0,8%;

8. Monolithic 3D Inc. — 0,8%;

9. Sony Corporation — 0,7%;

10. Northwestern University — 0,7%;

В списке доминируют японские, южнокорейские и американские структуры. Любопытно, что США представлены преимущественно академическими институтами, а не ИТ-гигантами, что нетипично для рыночных трендов: очевидно, корпорациям проще интегрировать сторонние наработки через лицензирование. Отдельного упоминания заслуживает компания Semiconductor Energy Laboratory, возглавляемая легендарным «патентным королем» Японии Сюмпэем Ямадзаки.

Примеры значимых патентов:

• US10424751B2: Разработка органических электрохимических транзисторов с настраиваемым пороговым напряжением (Genesee Valley Innovations LLC). Описывает архитектуру устройства, включающую несколько ОЭХТ с проводящим каналом и затвором, сопряженными через электролит.

• CN113607795B: Двухзатворный органический электрохимический транзистор (Гонконгский политехнический университет). Патент охватывает как конструкцию транзистора, так и методику высокоточного анализа концентрации веществ в образцах.

• US12364089B2: Датчик давления на базе ОЭХТ с использованием структурированного гидрогеля (Калифорнийский университет в Сан-Диего). Инновационное решение в области ионтроники, сочетающее низкое энергопотребление и чувствительные сенсорные элементы.

Что происходит в России?

В реестре ФИПС по запросу «электрохимический транзистор» за период с 1994 по 2026 год числится 32 документа, однако значительная часть из них — «шум» (упоминания электрохимических процессов в смежных областях). После фильтрации осталось два профильных патента:

№2796202 (2023): Способ создания биосенсорных структур (СГУ им. Н.Г. Чернышевского). Речь идет о технологии формирования сенсоров на стыке твердотельной электроники и органических функциональных покрытий.

№2859283 (2026): Технология получения композитных пленок на основе гудрона (ТПУ). Разработка может применяться в производстве электрохимических транзисторов и гибких неметаллических антенн.

Других интеллектуальных активов в этой нише (полезные модели, топологии ИС) в РФ не выявлено.

Исследования и разработки (НИОКР)

База ГИС «Наука» содержит 68 отчетов по теме, что свидетельствует об активной научной деятельности. В частности, Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН вел работу по гранту Минобрнауки (38,2 млн руб.), направленную на создание новой элементной базы электроники. Также значимые исследования (около 3 млн руб.) по конструированию редокс-активных полимеров для новых транзисторов проводились в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.

Заключение

Мировой уровень патентования остается стабильно высоким на протяжении последних двух десятилетий. В России активность в плане защиты интеллектуальной собственности пока близка к нулю, несмотря на наличие глубоких научных изысканий, которые имеют серьезный потенциал для коммерциализации.

Прогнозировать развитие рынка сложно из-за:

• отсутствия массовых коммерчески доступных устройств;

• длительных сроков отработки технологий;

• жесткой конкуренции с доминирующими кремниевыми технологиями.

Тем не менее, в случае успешного преодоления барьеров надежности и производительности, эта область способна продемонстрировать взрывной рост в высокотехнологичных нишах.

О сервисе Онлайн Патент:

Онлайн Патент — цифровая платформа №1 по версии Роспатента. С 2013 года мы внедряем LegalTech-решения для охраны и управления интеллектуальными правами. Зарегистрируйтесь в личном кабинете и воспользуйтесь нашими услугами:

• Регистрация патентов, товарных знаков, программ для ЭВМ и дизайна;

• Включение в реестр отечественного ПО;

• Поиск по базам программного обеспечения;

• Официальная регистрация ПО в Роспатенте;

• Регистрация брендов и ТЗ;

• Ускоренное делопроизводство;

• Бесплатный доступ к базам интеллектуальной собственности;

• Мониторинг рыночных тенденций;

• Экспертная поддержка на всех этапах.

 

Источник