專利視域下“卡脖子”技術(shù)三階段識別研究*

江 瑤 陳 旭 張凌愷

(1.上海工程技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院 上海 201620;2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院 上海 201418)

0 引 言

當前,新一輪科技革命已經(jīng)成為重塑全球競爭格局、保障國家戰(zhàn)略安全的主要力量,但中國在某些領(lǐng)域的科技創(chuàng)新能力仍與發(fā)達國家存在很大差距,多項關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人?？梢?突破“卡脖子”技術(shù)刻不容緩[1]。那么,如何有效識別“卡脖子”技術(shù)自然成為科技攻關(guān)的首要問題[2]。現(xiàn)有關(guān)于“卡脖子”技術(shù)識別研究主要包括定性與定量分析兩種方法,后者由于其較強的可操作性而備受學(xué)者們關(guān)注,且基于專利數(shù)據(jù)的指標評價法是其中最為常用的方法。然而,現(xiàn)有指標體系僅考慮到了“卡脖子”技術(shù)的關(guān)鍵核心技術(shù)屬性和技術(shù)差距屬性,缺少了對技術(shù)難以突破屬性的測度?；诖?本文按照“關(guān)鍵核心技術(shù)篩選—關(guān)鍵核心技術(shù)短板研判—‘卡脖子’技術(shù)甄別”三個步驟,構(gòu)建“卡脖子”技術(shù)三階段定量識別模型,并以芯片材料行業(yè)為研究樣本,對模型加以驗證,分析得出中國芯片材料領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)清單。

1 文獻回顧

“卡脖子”技術(shù)是對一類科技創(chuàng)新難題的生動描述,雖然學(xué)術(shù)界對其的內(nèi)涵界定不盡相同,但大多體現(xiàn)出三個方面的屬性:一是關(guān)鍵核心技術(shù)屬性,即“卡脖子”技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的關(guān)鍵核心位置,是國家競合博弈的重點技術(shù)領(lǐng)域[3];二是技術(shù)差距屬性,即“卡脖子”技術(shù)長期與其他國家存在較大差距,容易被技術(shù)供給方實行進出口貿(mào)易封鎖[4];三是難以突破屬性,即“卡脖子”技術(shù)的攻克時間很長,從沒有完全掌握到完全掌握的成本是非常高的[5]。因此,學(xué)者們多是圍繞這些屬性展開“卡脖子”技術(shù)識別研究,主要包括定性分析和定量分析兩種方法。

定性分析主要是以專家知識經(jīng)驗為判斷依據(jù),采取問卷調(diào)查法、德爾菲法等搜集專家觀點,識別特定領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)。例如,湯志偉等[6]向電子信息產(chǎn)業(yè)內(nèi)的院士及專家學(xué)者發(fā)放問卷,從技術(shù)名稱、依賴程度、有無替代方案、國內(nèi)能否自主提供、國內(nèi)外技術(shù)差距等維度先篩選出關(guān)鍵核心技術(shù),再從是否存在技術(shù)壟斷、是否攻克難度大、是否處于價值鏈核心位置三個方面識別其中的“卡脖子”技術(shù)。鄭國雄等[7]采用德爾菲法,從技術(shù)重要性、技術(shù)壟斷性、技術(shù)先進性、技術(shù)獲得難度、社會經(jīng)濟價值五個指標識別出生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”技術(shù)。這類方法在“卡脖子”技術(shù)識別研究中的使用開始較早,但由于其完全依賴于特定領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者,故方法的實際操作性較弱,目前的應(yīng)用成果相對較少。

定量分析主要是結(jié)合專利、科技文獻等資料,采用指標體系法、文本挖掘法等分析技術(shù)情報信息,識別特定領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)。其中,基于專利數(shù)據(jù)的指標體系法使用最為廣泛,其不僅可以綜合“卡脖子”技術(shù)多維度特征加以判斷,而且實施起來簡單易行。最初,學(xué)者們是通過設(shè)計一階段指標體系評價法對“卡脖子”技術(shù)加以識別。例如,董坤等[8]聚焦山東省區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè),從專利數(shù)量、專利價值度兩個方面構(gòu)建技術(shù)優(yōu)勢指數(shù),識別出32項“卡脖子”技術(shù)。然而,該方法并不能完全體現(xiàn)出造成“卡脖子”問題的產(chǎn)生邏輯,即被其他創(chuàng)新主體封鎖壟斷的關(guān)鍵核心技術(shù)[9],識別出的技術(shù)清單可能是被封鎖的一般性技術(shù)。為此,部分學(xué)者們嘗試將一階段的分析框架拓展為兩階段。例如,徐霞等[2]首先采用專利被引頻次與共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法識別國家關(guān)鍵領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)大組,再結(jié)合市場占有率角度、IncoPat“合享價值度”兩項指標識別“卡脖子”技術(shù)。江瑤等[10]首先從前沿技術(shù)性、復(fù)雜創(chuàng)新性、國家戰(zhàn)略性三個維度識別出關(guān)鍵核心技術(shù),再構(gòu)建出技術(shù)數(shù)量與技術(shù)質(zhì)量區(qū)位熵指數(shù),篩選其中的“卡脖子”技術(shù)。雖然兩階段指標評價法考慮到了“卡脖子”技術(shù)的產(chǎn)生邏輯,甄選出與他國具有差距性的關(guān)鍵核心技術(shù),但忽略了對這些短板技術(shù)是否存在突破可能性的分析。基于此,本文進一步拓展兩階段指標評價體系,在篩選出具有關(guān)鍵核心技術(shù)短板問題的基礎(chǔ)上,構(gòu)建甄別矩陣測度短板技術(shù)的突破可能性,從而科學(xué)識別出具有技術(shù)差距且在短時間內(nèi)難以突破的“卡脖子”技術(shù)。

2 研究設(shè)計

對于“卡脖子”技術(shù)的識別,本文按照三個階段展開:關(guān)鍵核心技術(shù)篩選、關(guān)鍵核心技術(shù)短板研判、“卡脖子”技術(shù)甄別。由此,構(gòu)建出“卡脖子”技術(shù)三階段定量識別模型,如圖1所示。

圖1 “卡脖子”技術(shù)三階段定量識別模型

2.1 關(guān)鍵核心技術(shù)篩選

2.1.1指標體系設(shè)計

本文基于關(guān)鍵核心技術(shù)的主要特征,進一步豐富現(xiàn)有的指標測度體系,從復(fù)雜原創(chuàng)性、前沿影響性、市場應(yīng)用性和戰(zhàn)略輻射性四個維度出發(fā),細分出12個測度指標,如圖2所示。

圖2 關(guān)鍵核心技術(shù)篩選指標體系

維度一:復(fù)雜原創(chuàng)性。復(fù)雜原創(chuàng)性是指某項專利技術(shù)是在前期大量研究成果的基礎(chǔ)上,經(jīng)過高水平技術(shù)團隊長期研發(fā),而形成的具備原創(chuàng)性的高含量技術(shù)?；诠恋萚11]的研究,發(fā)明人數(shù)可以反映出專利研發(fā)需要凝結(jié)各領(lǐng)域技術(shù)人員的知識量,發(fā)明人數(shù)越多則技術(shù)的復(fù)雜原創(chuàng)性越高。基于孫笑明等[12]的研究,技術(shù)覆蓋范圍可以反映出專利研發(fā)涉及到的技術(shù)內(nèi)容范圍,技術(shù)覆蓋范圍越廣則技術(shù)的復(fù)雜原創(chuàng)性越高。此外,引證次數(shù)可以反映出專利技術(shù)對相關(guān)知識的融合程度,引證次數(shù)越多則技術(shù)的復(fù)雜原創(chuàng)性越高。因此,為表征關(guān)鍵核心技術(shù)的復(fù)雜原創(chuàng)性,本文選取發(fā)明人數(shù)、技術(shù)覆蓋范圍、引證次數(shù)三項細分指標加以測度。

維度二:前沿影響性。前沿影響性是指某項專利技術(shù)在原理設(shè)計、方法采用、過程實施、產(chǎn)品呈現(xiàn)等各個環(huán)節(jié)都具有重要突破,其中的創(chuàng)新內(nèi)容在后續(xù)專利技術(shù)發(fā)明時被大量引用和參考?；贚ee等[13]的研究,權(quán)利要求數(shù)可以反映出專利取得重大突破需要進行保護的技術(shù)成果數(shù)量,權(quán)利要求數(shù)越多則技術(shù)的前沿影響性越高?；跅畲箫w等[14]的研究,被引證次數(shù)可以反映出專利總體上對后續(xù)專利的控制力,被引證次數(shù)越多則技術(shù)的前沿影響性越高。基于江瑤等[10]的研究,年均被引次數(shù)反映出該項專利能夠持續(xù)影響后續(xù)技術(shù)發(fā)展的程度,年均被引次數(shù)越多則技術(shù)的前沿影響性越高。因此,為表征關(guān)鍵核心技術(shù)的前沿影響性,本文選取權(quán)利要求數(shù)、被引證次數(shù)、年均被引次數(shù)三項細分指標加以測度。

維度三:市場應(yīng)用性。市場應(yīng)用性是指某項專利技術(shù)是面向市場發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求而研發(fā),技術(shù)成果可以順利轉(zhuǎn)化為實際的市場產(chǎn)品交易,能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)活動與經(jīng)濟效益之間的關(guān)聯(lián)?；谠S鑫等[15]的研究,當申請人類型為企業(yè)時能夠更好地洞悉和適應(yīng)市場行情,企業(yè)作為申請人則技術(shù)的市場應(yīng)用性越高?；卩嵥技训萚16]的研究,當專利為PCT申請專利時能夠更直接、更迅速地獲得各指定國家專利權(quán),PCT申請專利則技術(shù)的市場應(yīng)用性越高。此外,國民經(jīng)濟分類可以反映出該項專利與產(chǎn)業(yè)的對接,涉及到的國民經(jīng)濟分類越廣則技術(shù)的市場應(yīng)用性越高。因此,為表征關(guān)鍵核心技術(shù)的市場應(yīng)用性,本文選取申請人類型、PCT申請、國民經(jīng)濟分類數(shù)三項細分指標加以測度。

維度四:戰(zhàn)略輻射性。戰(zhàn)略輻射性是指某項專利技術(shù)在整個技術(shù)體系中處于核心地位,技術(shù)能夠輻射擴散到多個國家或地區(qū),受到它們的認可和保護。基于Grimaldi等[17]的研究,同族專利數(shù)可以反映出專利在整個技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的擴散性,同族專利數(shù)越多則技術(shù)的戰(zhàn)略輻射性越高?；谔镅╂萚18]的研究,布局國家數(shù)可以反映出專利在多個國家或地區(qū)的狀態(tài),布局國家數(shù)越多則技術(shù)的戰(zhàn)略輻射性越高。此外,被引證國別數(shù)可以反映出專利對其他國家或地區(qū)的技術(shù)輻射影響水平,被引證國別數(shù)越多則技術(shù)的戰(zhàn)略輻射性越高。因此,為表征關(guān)鍵核心技術(shù)的戰(zhàn)略輻射性,本文選取同族專利數(shù)、布局國家數(shù)、被引證國別數(shù)三項細分指標加以測度。

2.1.2指標權(quán)重確定及篩選標準

指標權(quán)重賦值包括主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法兩大類,考慮到專利是最重要的技術(shù)信息源,學(xué)者們多采用客觀賦權(quán)法。其中,信息量權(quán)重法是一種常見的客觀賦權(quán)法,它是根據(jù)每項指標數(shù)據(jù)的變異系數(shù)進行權(quán)重賦值[19]。變異系數(shù)能夠消除測量尺度和量綱的影響,故變異系數(shù)越大,說明其攜帶的信息越多,指標權(quán)重越大;相反,變異系數(shù)越小,指標權(quán)重越小。本文采用信息量權(quán)重法對關(guān)鍵核心技術(shù)的篩選指標進行賦權(quán),并進一步計算得到所有專利技術(shù)得分,具體的步驟如下:

步驟一:假設(shè)共有a項專利,b項關(guān)鍵核心技術(shù)評價指標,xij表示第i項專利第j個指標的原始數(shù)值,構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣(xij)a×b。

步驟三:計算各項關(guān)鍵核心技術(shù)評價指標的均值和標準差:

(1)

步驟四:計算各項關(guān)鍵核心技術(shù)評價指標的變異系數(shù):

(2)

步驟五:計算各項關(guān)鍵核心技術(shù)評價指標的權(quán)重:

(3)

步驟六:計算各項專利的技術(shù)得分:

qi=eij*wj

(4)

第i項專利的得分qi越高,表征該項技術(shù)具備越高的復(fù)雜原創(chuàng)性、前沿影響性、市場應(yīng)用性和戰(zhàn)略輻射性。因此,本文借鑒Noh等[20]的做法,將得分排名前5%的專利確定為該領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵核心技術(shù)。

2.2 關(guān)鍵核心技術(shù)短板研判

2.2.1短板指數(shù)構(gòu)建

本文結(jié)合唐恒等[21]的觀點,認為某個創(chuàng)新主體的技術(shù)短板是指其技術(shù)發(fā)展水平與世界一流水平存在著技術(shù)差距。對于這種創(chuàng)新主體之間的技術(shù)差距性,董坤等[8]認為主要包括了數(shù)量差距和質(zhì)量差距兩個方面?；诖?本文從技術(shù)數(shù)量和技術(shù)質(zhì)量兩個方面構(gòu)建技術(shù)短板指數(shù),研判某個創(chuàng)新主體在哪些關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域存在短板問題。其中,技術(shù)數(shù)量短板指數(shù)主要衡量某個國家或地區(qū)在某個技術(shù)領(lǐng)域擁有的專利數(shù)量與所有國家或地區(qū)中擁有的最大專利數(shù)量之間的相對差距;技術(shù)質(zhì)量短板指數(shù)主要衡量某個國家或地區(qū)在某個技術(shù)領(lǐng)域擁有的專利質(zhì)量與所有國家或地區(qū)中擁有的最大專利質(zhì)量之間的相對差距。具體的計算公式如下:

(5)

(6)

其中,α表示技術(shù)領(lǐng)域;Pα表示某個國家或地區(qū)在α領(lǐng)域的技術(shù)數(shù)量短板指數(shù),pTOP表示全球所有國家或地區(qū)在α領(lǐng)域擁有的最大專利數(shù)量,pc表示某個國家或地區(qū)在α領(lǐng)域擁有的專利數(shù)量;Qα表示某個國家或地區(qū)在α領(lǐng)域的技術(shù)質(zhì)量短板指數(shù),qTOP表示全球所有國家或地區(qū)在α領(lǐng)域擁有的最大專利質(zhì)量,qc表示某個國家或地區(qū)在α領(lǐng)域擁有的專利質(zhì)量。針對于某個國家或地區(qū)在某個技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量,采用該技術(shù)領(lǐng)域包含的所有專利數(shù)量之和來測算;針對于某個國家或地區(qū)在某個技術(shù)領(lǐng)域的專利質(zhì)量,采用前文測算出的該技術(shù)領(lǐng)域包含的所有專利質(zhì)量得分之和來測算。

2.2.2研判標準

本文根據(jù)技術(shù)短板的內(nèi)涵,將技術(shù)數(shù)量短板指數(shù)和技術(shù)質(zhì)量短板指數(shù)的測算結(jié)果分成3種類型,如表1所示。

表1 關(guān)鍵核心技術(shù)短板研判標準

根據(jù)表1可知,當Pα=1時,說明某個國家或地區(qū)在α領(lǐng)域沒有任何專利布局,與世界一流水平存在著非常大的技術(shù)差距,故屬于關(guān)鍵核心技術(shù)短板;當0

2.3 “卡脖子”技術(shù)甄別

2.3.1甄別矩陣構(gòu)建

針對于關(guān)鍵核心技術(shù)短板而言,創(chuàng)新主體可以采取技術(shù)自主研發(fā)、技術(shù)替代、技術(shù)引進再吸收等方式進行攻關(guān),從而實現(xiàn)技術(shù)突破?；贚ee等[22]的研究,某個技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量反映了相應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新活動的豐富程度,專利申請數(shù)量增長越快就越有可能實現(xiàn)該技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新突破。此外,Tushman和Anderson[23]的研究表明,相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知識的交叉應(yīng)用也有可能帶來顛覆式創(chuàng)新。因此,對于某個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)短板而言,如果能夠保持快速的創(chuàng)新速度和相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知識的交叉應(yīng)用,實現(xiàn)技術(shù)短板突破的可能性就越大,從而被世界一流國家或地區(qū)“卡脖子”的風(fēng)險性就越低。因此,本文在借鑒已有研究的基礎(chǔ)上[24],從技術(shù)生長潛力和技術(shù)擴張潛力兩個維度構(gòu)建甄別矩陣,用以分析關(guān)鍵核心技術(shù)短板突破的可能性。具體地,技術(shù)生長潛力的計算公式如下:

(7)

(8)

同理,技術(shù)擴張潛力的計算公式如下:

(9)

(10)

2.3.2判定標準

圖3 “卡脖子”技術(shù)甄別矩陣

3 實證分析:以芯片材料行業(yè)為例

高端芯片是關(guān)系到國家戰(zhàn)略安全的重要領(lǐng)域。針對產(chǎn)業(yè)上游制造環(huán)節(jié)的芯片材料,中國尚且缺乏先進材料的研發(fā)投資和人才儲備,故面臨著“卡脖子”技術(shù)困境。因此,本文選取芯片材料行業(yè)為研究對象,基于三階段定量識別模型發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)清單,對中國擺脫高端芯片“卡脖子”境地,實現(xiàn)自主可控具有重要推動作用。

3.1 芯片材料行業(yè)專利數(shù)據(jù)樣本搜集

本文基于IncoPat專利數(shù)據(jù)庫,采集全球芯片材料專利數(shù)據(jù)作為實證研究樣本,采集過程如下:參考余麗等[25]的研究,從“襯底材料”“光刻膠”“光掩?！薄鞍胁摹薄胺庋b材料”等方面設(shè)計檢索關(guān)鍵詞,專利檢索類型為發(fā)明申請,截止時間設(shè)定為2022年12月31日,并借鑒沙銳等[26]的做法,將IPC分類號設(shè)定為最主要的G、H、C和B部(占比97.7%),最終得到33 453條專利數(shù)據(jù)。

3.2 全球芯片材料行業(yè)技術(shù)布局態(tài)勢

為描繪芯片材料行業(yè)的布局態(tài)勢,本文從技術(shù)流出、流入及二者交互視角對其全球空間分布情況進行分析。從技術(shù)流出視角而言,專利申請的地域分布較為集中,全部的申請人來自于51個國家或地區(qū),而申請數(shù)量超過1 000件的國家或地區(qū)只有5個,如表2所示。

表2 全球芯片材料行業(yè)專利申請分布(專利申請數(shù)量超過1 000件)

表2的結(jié)果顯示,日本的專利申請數(shù)量在全球所占比重高達39.48%,大幅超過了其他國家或地區(qū),具有較強的研發(fā)實力。中國位列第二名,專利申請數(shù)量占比為23.43%。第三名的美國專利申請數(shù)量占比為16.15%,與第四名的韓國相近,顯著高于位列第五名的德國。相對而言,剩余46個國家或地區(qū)的專利申請數(shù)量較為分散,總和占比只有2.58%。

從技術(shù)流入視角而言,全球芯片材料行業(yè)專利主要公開于26個國家或組織,其中公開數(shù)量超過1 000件的只有6個,如表3所示。

表3 全球芯片材料行業(yè)專利公開分布(專利公開數(shù)量超過1 000件)

根據(jù)表3,在日本公開的專利數(shù)量占據(jù)了全球的32.48%,表明日本是芯片材料行業(yè)相關(guān)企業(yè)和科研機構(gòu)進行專利布局的重點區(qū)域。緊隨其后的是中國,公開專利數(shù)量占據(jù)全球25.79%,同樣是該領(lǐng)域重要的目標市場。其他公開占比按從高到低依次為:美國(14.56%)、韓國(11.47%)、世界知識產(chǎn)權(quán)組織(6.45%)、德國(3.95%)。在剩余的20個國家或組織公開的專利數(shù)量占比僅為5.3%。

綜合技術(shù)流出和流入視角,全球芯片材料領(lǐng)域?qū)＠暾垺_流向如圖4所示,左側(cè)為申請國別,右側(cè)為公開國別。結(jié)果顯示,對于專利技術(shù)表現(xiàn)突出的日本、中國和美國而言,中國的專利申請人最傾向在本國申請專利,日本次之,而美國約有1/2的專利流入到其他國家或組織進行公開。顯然,美國更加重視芯片材料技術(shù)的全球化布局。

圖4 全球芯片材料行業(yè)專利申請—公開流向

3.3 中國芯片材料行業(yè)“卡脖子”技術(shù)

3.3.1全球關(guān)鍵核心技術(shù)

本文采用信息量權(quán)重法算出各指標權(quán)重,如表4所示。其中,復(fù)雜原創(chuàng)性、前沿影響性、市場應(yīng)用性、戰(zhàn)略輻射性四個維度的權(quán)重分別為20.54%、33.08%、20.71%、25.68%。對于細分出的測度指標,權(quán)重按照從高到低依次為:PCT申請(16.16%)、年均被引次數(shù)(14.48%)、被引證次數(shù)(13.29%)、引證次數(shù)(10.60%)、布局國家數(shù)(9.24%)、同族專利數(shù)(8.67%)、被引證國別數(shù)(7.77%)、權(quán)利要求數(shù)(5.31%)、技術(shù)覆蓋范圍(5.19%)、發(fā)明人數(shù)(4.75%)、申請人類型(2.35%)、國民經(jīng)濟分類數(shù)(2.20%)。

表4 關(guān)鍵核心技術(shù)篩選指標權(quán)重

表5展示了全球芯片材料行業(yè)專利技術(shù)得分。美國在該領(lǐng)域的技術(shù)得分表現(xiàn)突出,包攬了全球得分前20名專利中的10項,其中獲得最高分的專利為“基于激光的材料處理方法和系統(tǒng)”,由美國IMRA公司于2009年申請。相對而言,中國在該行業(yè)的技術(shù)得分有待大幅提高,最高得分的專利只排在了全球第74名。

表5 全球芯片材料行業(yè)專利技術(shù)得分

在此基礎(chǔ)上,本文篩選出1673條關(guān)鍵核心技術(shù)專利。按照專利的申請人國別分布,對不同區(qū)域?qū)?yīng)的專利數(shù)量占比進行統(tǒng)計,結(jié)果如表6所示。

表6 全球芯片材料行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)分布

在芯片材料行業(yè)中,美國和日本以擁有645條關(guān)鍵核心技術(shù)專利位居全球第一,共占據(jù)了全球75%的關(guān)鍵核心技術(shù)。其中,美國擁有的關(guān)鍵核心技術(shù)專利占其所有專利數(shù)量的比重更是達到了12.25%,表現(xiàn)十分搶眼。緊隨其后的是德國和韓國,關(guān)鍵核心技術(shù)專利數(shù)量分別占到全球的6.10%、5.23%。中國以58條關(guān)鍵核心技術(shù)專利位居第五名,對比其龐大的專利申請數(shù)量,關(guān)鍵核心技術(shù)專利占比僅為0.69%,遠低于其他國家。由此可初步判斷,中國在芯片材料行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方面存在較大的進步空間。

3.3.2中國關(guān)鍵核心技術(shù)短板

本文基于技術(shù)數(shù)量短板指數(shù)和技術(shù)質(zhì)量短板指數(shù)測算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)81項中國芯片材料行業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)短板,根據(jù)專利內(nèi)容和芯片材料技術(shù)要點對各技術(shù)進行命名,由此得到表7。

表7 中國芯片材料行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)短板

由表7可知,中國芯片材料行業(yè)在B22F(金屬表面處理技術(shù))、C01G(金屬及其化合物相關(guān)技術(shù))、C03B(硅酸鹽玻璃制造技術(shù))等64個技術(shù)領(lǐng)域完全沒有關(guān)鍵核心技術(shù)布局,面臨著技術(shù)短板問題。此外,在H01L(半導(dǎo)體器件制備技術(shù))、C30B(單晶材料制備技術(shù))、G01N(檢測和測量技術(shù))等17個技術(shù)領(lǐng)域,無論是關(guān)鍵核心技術(shù)的數(shù)量還是質(zhì)量上,都與世界一流創(chuàng)新主體之間存在著差距。因此,這81項技術(shù)領(lǐng)域涉及的技術(shù)節(jié)點有可能成為被他國或地區(qū)封鎖壟斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是未來中國芯片材料行業(yè)技術(shù)攻關(guān)的重點方向。

3.3.3中國“卡脖子”技術(shù)

基于芯片材料行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新發(fā)展情況[27],并保證所有專利數(shù)據(jù)測算的完整性,本文測算出81項關(guān)鍵核心技術(shù)短板近10年的技術(shù)生長潛力和技術(shù)擴張潛力,甄別矩陣四象限散點圖如圖5所示。

圖5 中國芯片材料行業(yè)“卡脖子”技術(shù)甄別矩陣

根據(jù)圖5展現(xiàn)的結(jié)果,G01R(測量電或磁變量技術(shù))、C01G(金屬及其化合物相關(guān)技術(shù))、C09D(新型涂料制備技術(shù))等41項技術(shù)生長潛力和擴張潛力表現(xiàn)較好,說明存在著較大的技術(shù)突破可能性,中國可以采取技術(shù)自主研發(fā)、技術(shù)替代、技術(shù)引進再吸收等方式實現(xiàn)攻關(guān)。因此,這41項技術(shù)位于第一象限,不屬于“卡脖子”技術(shù)。

B81C(微電子制造技術(shù))、G01F(流體介質(zhì)計量技術(shù))、G01J(光譜技術(shù))、G06K(計算機視覺識別技術(shù))4項技術(shù)的擴展?jié)摿Ρ憩F(xiàn)一般,但其技術(shù)生長潛力表現(xiàn)較好,說明其具有較強的創(chuàng)新速度,未來也具有一定的技術(shù)突破可能性。B29C(塑料成型技術(shù))、C09K(功能材料制備技術(shù))、C22B(冶金工藝技術(shù))、H01F(磁性材料技術(shù))、H02G(電氣安裝技術(shù))5項技術(shù)的生長潛力表現(xiàn)一般,但其技術(shù)擴張潛力表現(xiàn)較好,說明其在綜合應(yīng)用相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知識方面表現(xiàn)較好,未來也可能實現(xiàn)該技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新突破。因此,這9項技術(shù)位于第二和第四象限,屬于潛在“卡脖子”技術(shù)。

剩余的B82B(納米材料技術(shù))、C08L(高分子材料改性技術(shù))、H01L(半導(dǎo)體器件制備技術(shù))等31項技術(shù)生長潛力和擴張潛力均表現(xiàn)較差,短時間內(nèi)實現(xiàn)技術(shù)突破的可能性較小,被其他創(chuàng)新主體“卡脖子”的風(fēng)險較大。因此,這31項技術(shù)位于第三象限,屬于嚴重“卡脖子”技術(shù)。

進一步地,本文借鑒楊大飛等[14]的驗證方法,將識別出的“卡脖子”技術(shù)清單與《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019版)》以及《科技日報》羅列的35項“卡脖子”技術(shù)進行比較。結(jié)果顯示,當前中國芯片材料行業(yè)亟待攻克的“光刻膠及配套材料”“高端光刻機光學(xué)鏡頭”“高端靶材”“掃描電子顯微鏡”“超精密拋光工藝材料”等技術(shù)與本文所發(fā)現(xiàn)的C09K(功能材料制備技術(shù))、G01J(光譜技術(shù))、C08L(高分子材料改性技術(shù))、B81C(微電子制造技術(shù))、H01L(半導(dǎo)體器件制備技術(shù))等40項“卡脖子”技術(shù)相一致。這意味著,本文提出并應(yīng)用的三階段定量識別模型較為科學(xué),最終識別出的“卡脖子”技術(shù)清單較好地反映出中國芯片材料行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

4 結(jié)論與討論

本文基于“關(guān)鍵核心技術(shù)篩選—關(guān)鍵核心技術(shù)短板研判—‘卡脖子’技術(shù)甄別”的分析邏輯,構(gòu)建出“卡脖子”技術(shù)三階段定量識別模型,并選取芯片材料行業(yè)為例開展了進一步的實證研究。得到了如下的主要結(jié)論:

第一,設(shè)計了“復(fù)雜原創(chuàng)性—前沿影響性—市場應(yīng)用性—戰(zhàn)略輻射性”四維關(guān)鍵核心技術(shù)篩選指標評價體系。基于關(guān)鍵核心技術(shù)的屬性特征出發(fā),本文從復(fù)雜原創(chuàng)性、前沿影響性、市場應(yīng)用性和戰(zhàn)略輻射性四個維度,細分出發(fā)明人數(shù)、技術(shù)覆蓋范圍、引證次數(shù)、權(quán)利要求數(shù)、被引證次數(shù)、年均被引次數(shù)、申請人類型、PCT申請、國民經(jīng)濟分類數(shù)、同族專利數(shù)、布局國家數(shù)、被引證國別數(shù)12個測度指標,并結(jié)合信息量權(quán)重法篩選出目標行業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)。

第二,建立了“技術(shù)數(shù)量短板—技術(shù)質(zhì)量短板”兩維關(guān)鍵核心技術(shù)短板研判指數(shù)模型?；诩夹g(shù)短板問題的內(nèi)涵要求,本文從數(shù)量和質(zhì)量兩個方面構(gòu)建出技術(shù)短板指數(shù)模型,測度分析得出目標國家或地區(qū)相較于世界一流水平的關(guān)鍵核心技術(shù)短板。

第三,構(gòu)造了“技術(shù)生長潛力—技術(shù)擴張潛力”兩維“卡脖子”技術(shù)甄別矩陣。基于“卡脖子”技術(shù)難以在短時間內(nèi)實現(xiàn)突破的關(guān)鍵特性,本文從技術(shù)生長潛力和技術(shù)擴張潛力兩個方面構(gòu)造出甄別矩陣,以科學(xué)分析關(guān)鍵核心技術(shù)短板突破的可能性,從而甄別出真正的“卡脖子”技術(shù)。

第四,識別出中國芯片材料行業(yè)9項潛在“卡脖子”技術(shù)和31項嚴重“卡脖子”技術(shù)清單。本文以芯片材料專利數(shù)據(jù)為樣本,實證發(fā)現(xiàn)中國在該行業(yè)擁有數(shù)量較多的專利,但高質(zhì)量的關(guān)鍵核心技術(shù)相對缺乏,并進一步基于提出的三階段定量識別模型,識別出40項“卡脖子”技術(shù)。其中,31項嚴重“卡脖子”技術(shù)主要涉及納米材料技術(shù)、高分子材料改性技術(shù)、半導(dǎo)體器件制備技術(shù)等領(lǐng)域;9項潛在“卡脖子”技術(shù)主要涉及微電子制造技術(shù)、流體介質(zhì)計量技術(shù)、塑料成型技術(shù)、功能材料制備技術(shù)等領(lǐng)域。

總體而言,本文提出的專利視域下三階段識別模型,考慮到了關(guān)鍵核心技術(shù)短板的突破可能性,彌補了現(xiàn)有基于專利數(shù)據(jù)開展“卡脖子”技術(shù)定量識別方法的不足,使得對“卡脖子”技術(shù)的識別研究更為系統(tǒng)科學(xué)。因此,本文的研究結(jié)論具有一定的理論和實踐意義,理論上可以為后續(xù)開展“卡脖子”技術(shù)識別提供方法借鑒,實踐上可以為中國加快推進關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供決策參考。未來,可以在技術(shù)生長潛力和擴展?jié)摿A(chǔ)上,進一步拓展對關(guān)鍵核心技術(shù)短板突破可能性的測度矩陣,從而深化“卡脖子”技術(shù)的定量識別方法。