87_MILANEZ_etal2010

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Prospecção tecnológica em materiais nanoestruturados voltados para a área de
semicondutores
Conference Paper · January 2010
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Douglas Henrique Milanez
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PROSPECÇÃO TECNOLÓGICA EM MATERIAIS NANOESTRUTURADOS 
VOLTADOS PARA A ÁREA DE SEMICONDUTORES 
 
 
 
D. H. Milanez(1), L. S. Peres(2), L. I. L. de Faria(2), J. A. R. Gregolin(1,2) 
douglasmilanez@yahoo.com.br 
(1)Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais 
(2)Programa de Pós-Graduação em Ciência, Tecnologia e Sociedade 
Núcleo de Informação Tecnológica em Materiais – Universidade Federal de São Carlos 
 
 
 
 
RESUMO 
A atividade de patenteamento em nanotecnologia envolve diversos campos 
tecnológicos, dentre os quais se destaca a área de semicondutores. Neste contexto, os 
materiais cerâmicos estão envolvidos no desenvolvimento de dispositivos 
semicondutores para as mais diversas aplicações. O objetivo deste trabalho foi avaliar a 
evolução do patenteamento mundial no período 1998-2007 associando nanotecnologia 
e semicondutores, verificar as principais empresas atuantes nesse processo e 
identificar os principais materiais cerâmicos empregados nesse desenvolvimento Os 
resultados apontam o Japão, EUA e Coréia do Sul como os principais responsáveis 
pelo desenvolvimento da área. A Samsung e IBM são os maiores depositantes de 
patentes, embora a maioria das empresas engajadas no desenvolvimento tecnológico 
seja japonesa. Os principais materiais desenvolvidos para tecnologias são nanotubos 
de carbono, grafeno e carbetos. Outros materiais que se destacaram são a sílica, 
titânia, zircônia e compostos de terras raras, de zinco e de cobre. 
 
Palavras-chave: indicadores, bibliometria, semicondutores, nanomateriais, 
cerâmicas 
 
INTRODUÇÃO 
 
A nanotecnologia e nanociência, que estudam e desenvolvem a matéria em escala 
atômica ou molecular, destacam-se no cenário global devido aos avanços que podem 
trazer para produtos e processos e para a sociedade [1,2,3]. Esse campo interdisciplinar 
tem recebido expressivos investimentos para pesquisa, desenvolvimento e inovação. 
Países como Japão, EUA, China, Coréia do Sul e outros, são responsáveis por grande 
parte dos programas de incentivo a esta área, conforme verificado em estudos 
estratégicos que visaram avaliar a situação e as perspectivas de segmentos, empresas 
e países na área de nanotecnologia [4]. 
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Para analisar as tendências e possibilidades de futuro, diferentes métodos de 
prospecção tecnológica tem sido empregados a fim de auxiliar a tomada de decisão, o 
planejamento e elaboração de estratégias organizacionais [5]. Neste contexto, 
indicadores elaborados com base na bibliometria são utilizados na análise quantitativa 
de tendências a partir de documentos científico-tecnológicos, tais como artigos 
científicos e patentes [3,6]. 
As patentes fornecem informações importantes para construção de indicadores 
tecnológicos, tais como prioridade de ano e país, descrição da invenção, campo 
tecnológico, novidade, depositantes e as reivindicações para explorá-la 
economicamente [7]. No caso específico de nanotecnologia, Dang e colaboradores [8] 
constataram um aumento expressivo no número de depósitos de patentes em 
nanotecnologia e as principais áreas de competências dos países envolvidos neste 
desenvolvimento para o período de 1990 a 2008. Salerno e colaboradores [3] concluíram 
que análises bibliométricas de publicações e patentes podem ajudar a lidar com 
conhecimento fragmentado, atores e depositantes envolvidos na evolução da 
nanotecnologia. 
A nanotecnologia é encontrada em várias áreas tecnológicas, taiscomo fármacos, 
tratamento de superfície e semicondutores [1,3,8]. No caso dos semicondutores, 
importantes desenvolvimentos de dispositivos tem se mostrado dependentes de 
avanços no controle de propriedades e processamento de nanomateriais que incluem 
nanotubos de carbono, grafeno, óxidos cerâmicos e outros materiais [2]. 
Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi analisar os avanços na área de 
nanotecnologia associada a semicondutores e resgatar os principais materiais 
cerâmicos empregados, a partir da elaboração de indicadores tecnológicos baseados 
em patentes. 
 
MÉTODOS 
 
Foram elaborados indicadores tecnológicos abrangendo o patenteamento mundial 
em nanotecnologia de forma geral e com ênfase na área associada a semicondutores. 
Para tanto, foram recuperadas informações bibliográficas de patentes entre os anos de 
1998 a 2009, a partir dos registros contidos na base de dados Derwent Innovations 
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Index (DII), disponível no Portal de Periódicos Capes. A expressão de busca utilizada 
foi: 
(TS=(((nano*) NOT (nano2 OR nano3 OR nanosecon* OR nanoS3)) OR fullerene* OR buckyball* 
OR dendrimer* OR graphen* OR spintronic* OR quantum dot* OR quantum wire* OR (nm NOT (Nemaline 
Myopathy ))) OR IP=(B82*)) 
Os dados foram coletados e tratados estatisticamente de maneira semi-
automatizada com auxílio do software Vantage Point® versão 5.0. Devido ao sigilo das 
patentes de pelo melo menos um ano, a análise foi limitada de 1998 a 2007. Neste 
período, foram recuperadas 172.809 patentes em nanotecnologia, sendo 26.885 
associadas a semicondutores. 
Os registros foram processados segundo a categorização de subdomínios 
proposta pelo Observatorie dês Sciences et dês Techniques [9], que se baseia na 
separação das patentes a partir de sua classificação internacional (CIP), a fim de 
facilitar a visualização das áreas tecnológicas relacionadas a nanotecnologia. Uma 
patente pode pertencer a dois ou mais subdomínios tecnológicos, pois pode possuir 
mais do que um código CIP. 
A recuperação dos principais materiais cerâmicos utilizados em semicondutores 
também foi baseada na CIP, cujos códigos para materiais cerâmicos estão subdividido 
na classe “química inorgânica” (C01). 
 
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
A Fig. 1 apresenta os seis principais subdomínios tecnológicos associados a 
nanotecnologia, na qual se encontra destacada os semicondutores. O número de 
depósitos cresceu significativamente para todos os subdomínios no período analisado. 
Contudo, o número de pedidos decresceu para as áreas de ótica, farmacêuticos-
cosméticos e tratamento de superfície consecutivamente nos anos 2005, 2006 e 2007. 
Essa queda pode ser uma diminuição efetiva ou, pelo menos em parte, pode ser 
eventualmente devido a períodos mais prolongados de sigilo ou de análise de patentes 
nos diferentes países, ou de alimentação da base de dados empregada para análise. 
Para curva do subdomínio farmacêuticos-cosméticos, verifica-se um pico de 
depósitos no ano de 2001. Em uma análise aprofundada observou-se que essa 
variação deve-se principalmente à quantidade de patentes depositadas pela China 
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naquele ano. Em 2000, foram 54 depósitos, que saltaram para 996 em 2001 e 
retornaram para 95 patentes no ano de 2002. 
A área de semicondutores, que representa 15,56% do total de patentes em 
nanotecnologia, exibe um crescimento até o ano de 2005. Nos anos seguintes, embora 
o número de patentes seja inferior, há pouca variação nos valores e formação de um 
relativo patamar. 
 
0
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4500
5000
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
N
úm
er
o 
 d
e 
Pa
te
nt
es
QUÍMICA MACROMOLECULAR FARMACÊUTICOS - COSMÉTICOS
SEMICONDUTORES ÓTICA
TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE MATERIAIS - METALURGIA
 
Figura 1: Número de depósitos de patentes no período 1998-2007 para os principais 
subdomínios tecnológicos. 
 
Os dez países que mais depositaram patentes em nanotecnologia e 
nanotecnologia associada a semicondutores estão apresentados na Fig. 2. O gráfico 
também mostra a representatividade da área de semicondutores no universo da 
nanotecnologia (relação S/N) para cada país. 
Para nanotecnologia em geral, o Japão e EUA possuem juntos 111.410 depósitos, 
o que representa 64,47% dos depósitos mundiais. Os países da Ásia possuem 56,35% 
dos depósitos de patentes enquanto que os países da Europa (incluindo Rússia) 
apenas 11,03% do total de pedidos. A área de semicondutores mostra-se relevante 
para a Coréia do Sul, Taiwan, EUA e Japão devido ao alto valor da relação S/N (>15%). 
As quinze principais empresas titulares de patentes na área de nanotecnologia 
associadas a semicondutores para o período de 1998 a 2007 estão apresentadas na 
Fig. 3, na qual se verifica grande presença de empresas japonesas. 
 
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da
s NANOTECNOLOGIA
SEMICONDUTORES
Relação S/N
 
Figura 2: Número de depósitos de patentes em nanotecnologia total e as associadas a 
semicondutores para os principais países depositantes e a porcentagem da área de 
semicondutores em relação ao total em nanotecnologia no período de 1998 a 2007. 
 
Como exibe a Fig. 3, a atividade de patenteamento no Japão mostra-se 
relativamente distribuída, pois suas empresas detêm conjuntamente 38,18% do total de 
patentes do país na área, e ainda 15,40% do total mundial de patentes. 
A Samsung é a maior detentora de patentes na área (4,04% do total de depósitos 
mundiais). Verifica-se também que a Samsung e a Hynix possuem conjuntamente 
47,14% das patentes coreanas, o que sugere uma expressiva concentração tecnológica 
naquele país. Esse fato pode representar o interesse estratégico dessas empresas e o 
relativo menor envolvimento de outras empresas do país nos desenvolvimentos dessa 
área. 
A IBM e a Micron são as únicas empresas dos EUA de destaque na Fig. 3 com um 
conjunto de pedidos representa 4,56% das patentes mundiais. Verifica-se também uma 
distribuição tecnológica no patenteamento dos EUA, já que o conjunto de pedido 
dessas empresas é apenas 13,23% do total de depósitos naquele país. Adicionalmente, 
a Infineon detém 34,17% das patentes alemãs do período. 
Do total de 26.885 depósitos de patentes em semicondutores associados à 
nanotecnologia foram identificadas apenas 1.297 (4,82%) com um código de 
classificação relacionado a materiais inorgânicos. Esse valor é relativamente pequeno e 
mostra a dificuldade de identificação dos materiais envolvidos nas patentes devido à 
ausência de estruturação e padronização suficiente. Embora haja essas limitações 
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metodológicas, a Tabela 1 apresenta os 10 materiais mais indicados como objetos de 
desenvolvimento na área de semicondutores e nanotecnologia. 
 
0 200 400 600 800 1000 1200
Samsung (Coréia do Sul)
IBM (EUA)
Fujfilm (Japão)
Toshiba (Japão)
Matsushita (Japão)
Sharp (Japão)
Micron (EUA)
Fujitsu (Japão)
Infineon (Alemanha)
Canon (Japão)
Hynix (Coréia do Sul)
Sony (Japão)
Shin-Etsu (Japão)
Nec (Japão)
Hitachi (Japão)
Número de Patentes Depositadas
 
Figura 3: Principais Titulares das Patentes na Área de Semicondutores 
 
Tabela 1 – Principais classes de materiais inorgânicos envolvendo invenções diretamente em 
materiais na área de semicondutoresassociados a nanotecnologia identificados nas patentes 
depositadas no período de 1998 a 2007. 
Lista de Materiais Cerâmicos N. 
Patentes 
Nanotubos de carbono, grafeno ou carbetos 516 
Silício elementar e dopado 226 
Sílica ou Sílica colloidal 123 
Dióxido de titânio ou haletos de titânio 108 
Compostos de metais de terras raras 76 
Óxido ou sulfeto de zinco 69 
Compostos de selênio ou telúrio 61 
Óxido de zircônio 37 
Haletos, óxidos, nitretos ou sulfetos de cobre 35 
Compostos de gálio, índio ou tálio 31 
 
Os nanomateriais à base de carbono, principalmente nanotubos de carbono, foram 
os que envolveram maior número de patentes para o desenvolvimento das tecnologias 
em semicondutores no período pesquisado. Além disso, as principais invenções em 
materiais cerâmicos estão associadas à sílica, óxido de titânio, compostos de terras 
raras, óxido e sulfeto de zinco, óxido de zircônio e compostos de cobre. As classes de 
materiais silício, selênio ou telúrio, gálio, índio ou tálio também estão entre as mais 
expressivas. 
 
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CONCLUSÕES 
 
Os nanomateriais à base de carbono foram os mais proeminentes nas invenções 
diretamente associadas aos materiais inorgânicos na área de semicondutores 
associados à nanotecnologia, conforme o critério de Classificação Internacional de 
Patentes. Destacaram-se também os óxidos de silício, de titânio e de zircônio, e os 
compostos de terras raras, de zinco e de cobre. Verificou-se, também, uma limitação 
metodológica para identificar os materiais e/ou nanomateriais utilizado no 
desenvolvimento de novas tecnologias. 
A maioria das empresas que desenvolvem tecnologias em nanoescala para 
semicondutores é japonesa, embora a sul-coreana Samsung e a americana IBM sejam, 
respectivamente, as maiores detentoras de patentes nesta área. Os países que mais 
desenvolveram tecnologias foram, respectivamente, Japão, EUA e Coréia do Sul com 
86,14% do total de patentes. 
As áreas mais diretamente envolvidas em nanotecnologia no período foram 
química macromolecular, fármacos-cosméticos, semicondutores, ótica, tratamento de 
superfície e materiais-metalurgia. A área de semicondutores é uma das mais 
importantes nesse contexto, devido ao seu nível de relevância para nanotecnologia 
(15,56%). Os países mais relevantes no patenteamento em nanotecnologia no período 
foram EUA e Japão, apresentando a elevada participação de 64,47% no número total 
de patentes depositadas mundialmente. 
Por fim, a análise de indicadores tecnológicos a partir de patentes mostra-se útil 
para a análise e acompanhamento do avanço tecnológico na área de nanotecnologia. 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Os autores agradecem aos Programas de Pós-graduação em Ciência e 
Engenharia de Materiais e em Ciência, Tecnologia e Sociedade pelo apoio na 
realização deste estudo e a Capes pelo fomento da pesquisa. 
 
REFERÊNCIAS 
 
1. IGAMI, M.; OKAZAKI, T. Capturing nanotechnology's current state of development via 
analysis of patents. Paris: OECD, 2007. 
19º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais – CBECiMat, 21 a 25 de novembro de 2010, Campos do Jordão, SP, Brasil
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2. INTERNATIONAL TECHNOLOGY ROADMAP FOR SEMICONDUCTORS. Emerging 
research materials. 2009. Disponível em: 
<http://www.itrs.net/Links/2009ITRS/2009Chapters_2009Tables/2009_ERM.pdf>. Acesso em: 
12 ago. 2010. 
3. SALERNO, M.; LANDONI, P.; VERGANTI, R. Designing foresight studies for Nanoscience 
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Change, v. 75, n. 8, p. 1202-1223, out. 2008. 
4. GALEMBECK, F.; RIPPEL, M. M. Nanotecnologia: estratégias institucionais e de empresas. 
In: NÚCLEO DE ASSUNTOS ESTRATÉGICOS DA PRESIDÊNCIA. Estudos estratégicos: 
nanotecnologia. Brasília: NAE, 2004. p. 6-120. 
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Journal of Nanoparticle Research, v. 12, n. 3, p. 687-706, mar. 2010. 
9. OBSERVATOIRE DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES. Science & technologie, 
indicateurs. Paris: Economica, 1998. p. 473-476. 
 
 
TECHNOLOGICAL FORECASTING IN NANOSTRUCTURED MATERIALS TO 
SEMICONDUCTORS AREA 
 
ABSTRACT 
The patenting activity in nanotechnology involves several technological fields, among 
which the area of semiconductors stands out. In this context, ceramic materials are 
involved in the development of semiconductor devices for many different applications. 
The aim of this study was to evaluate the evolution of global patenting in the period of 
1998-2007 for nanotechnology related to semiconductors, to check the leading 
companies involved in this process and to identify the key ceramic materials employed 
in this development. The results indicate that Japan, USA and South Korea are 
responsible for developing the field. Samsung and IBM are the biggest patents holders, 
although Japanese firms are most engaged in technological development. The main 
materials technologies are developed for carbon nanotubes, graphene and carbides. 
The other highlighted materials were silica, titania, zirconia and rare earth, zinc and 
copper compounds. 
 
Key-words: indicators, bibliometrics, semiconductors, nanomaterials, ceramics 
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